TW201326888A - 廣角變焦鏡頭 - Google Patents

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Fang-Ying Peng
Sheng-An Wang
An-Tze Lee
Xiao-Na Liu
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Abstract

本發明提供一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸從物側到像側方向依次包括一個負光焦度的第一透鏡組、一個正光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組；在該廣角變焦鏡頭從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第一透鏡組、第二透鏡組及第三透鏡組均可沿光軸移動；該廣角變焦鏡頭滿足條件式0.77＜|f2/f1|＜1.1，0.7＜L2/fT＜1.08，其中，f1為第一透鏡組的有效焦距，f2第二透鏡組的有效焦距，L2為第二透鏡組由廣角端至望遠端的移動距離，fT為該廣角變焦鏡頭望遠端的有效焦距。

Description

廣角變焦鏡頭
本發明涉及一種變焦鏡頭，尤其涉及一種廣角變焦鏡頭。
變焦鏡頭一個最重要的參數就是光圈值，但是現有的變焦鏡頭在光圈值比較大時，進光量增大，導致各種像差難以修正。因此，在鏡頭設計過程中，很難獲得一種在滿足大光圈值的條件下，同時具有較高的成像品質的鏡頭。
有鑑於此，有必要提供一種成像品質高的大光圈廣角變焦鏡頭。
一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸從物側到像側方向依次包括一個負光焦度的第一透鏡組、一個正光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組；在該廣角變焦鏡頭從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第一透鏡組、第二透鏡組及第三透鏡組均可沿光軸移動；該廣角變焦鏡頭滿足條件式0.77<|f2/f1|<1.1，0.7<L2/fT<1.08，其中，f1為第一透鏡組的有效焦距，f2第二透鏡組的有效焦距，L2為第二透鏡組由廣角端至望遠端的移動距離，fT為該廣角變焦鏡頭望遠端的有效焦距。
與先前技術相比，本發明所述廣角變焦鏡頭在滿足大光圈和廣視角的條件下，同時具有較高的成像品質。
下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。
請參閱圖1，其為本發明第一實施方式所提供的廣角變焦鏡頭100，其從物側至像側依次包括一具有負光焦度的第一透鏡組10、一具有正光焦度的第二透鏡組20、一具有正光焦度的第三透鏡組30。當在該廣角變焦鏡頭100從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30及第四透鏡組40均沿光軸移動，以補償變焦過程及物距變化所造成的成像面的位置變動。
所述廣角變焦鏡頭100還包括兩個光圈40及一濾光片50。其中一個光圈40設置在第一透鏡組10和第二透鏡組20之間，另一個光圈40設置在第二透鏡組20和第三透鏡組30之間。所述濾光片50設置在第三透鏡組30的像側。依次經過第一透鏡組10、光圈40、第二透鏡組20、光圈40、第三透鏡組30及濾光片50的光線聚焦成像於一影像感測面60。本實施方式中，所述兩個光圈40與第二透鏡組20固定在一起，在變焦過程中所述光圈40隨著第二透鏡組20一起移動，第一透鏡組10與第二透鏡組20之間的間隔減小，第二透鏡組20與第三透鏡組30之間的間隔增加，從而實現可變的放大倍數。
所述第一透鏡組10從物側到像側依次包括一具有負光焦度的第一透鏡11及一具有正光焦度的第二透鏡12。所述第一透鏡11為非球面透鏡，第二透鏡12均為球面透鏡。所述第一透鏡11包括一朝向物側的第一表面S1和一朝向像側的第二表面S2。所述第二透鏡12呈新月型，其包括一朝向物側凸出的第三表面S3和一朝向像側內凹的第四表面S4。
所述第二透鏡組20從物側到像側依次包括一具有正光焦度的第三透鏡21、一具有正光焦度的第四透鏡22、一具有負光焦度的第五透鏡23及一具有正光焦度的第六透鏡24。所述第三透鏡21和第六透鏡24均為非球面透鏡。所述第四透鏡22和第五透鏡23相互膠合且均為球面透鏡。所述第三透鏡21包括一朝向物側的第五表面S5和一朝向像側的第六表面S6。所述第四透鏡22呈新月型，其包括一朝向物側凸出的第七表面S7和一朝向像側內凹的第八表面S8。所述第五透鏡23呈新月型，其包括一朝向物側凸出的第九表面S9和一朝向像側內凹的第八表面S10。所述第八表面S8和第九表面S9相互貼合。所述第六透鏡24包括一朝向物側的第十一表面S11和一朝向像側的第十二表面S12。本實施方式中，所述第三透鏡21和第六透鏡24採用塑膠材料製成。
所述第三透鏡組30包括一具有正光焦度的第七透鏡31。所述第七透鏡31為非球面透鏡。所述第七透鏡31包括一朝向物側的第十三表面S13和一朝向像側的第十四表面S10。
所述濾光片50呈平板狀，其用於濾除光線中的紅外光線。該濾光片50包括一朝向物側的第十五表面S15和一朝向像側的第十六表面S16。
該廣角變焦鏡頭100滿足以下條件式：
(1) 0.77<|f2/f1|<1.1；
(2) 0.7<L2/fT<1.08；
其中，f1為第一透鏡組10的有效焦距，f2第二透鏡組20的有效焦距，L2為第二透鏡組由廣角端至望遠端的移動距離，fT為該廣角變焦鏡頭望遠端的有效焦距。
條件式(1)和(2)使得廣角變焦鏡頭100在具有大光圈值時其廣角端和望遠端的各種像差得以修正。條件式(1)中若第二透鏡組20的有效焦距f2過短，會造成廣角端和望遠端球差與色差較大，難以使用四片透鏡進行補正，若第一透鏡組10的有效焦距f1過短，則會造成較大的廣角端畸變；另外，若第二透鏡組20有效焦距f2過長，則系統總長會增加，且第一透鏡11的面徑尺寸會變大，造成鏡頭厚度與成本的增加。條件式(2)中若第二透鏡組20移動量太大，必須增加鏡頭厚度，來維持第二透鏡組20的移動行程，若第二透鏡組20移動量過短，則必須將第二透鏡組20的有效焦距f2縮短，則會造成廣角端和望遠端球差與色差會增大而影響像質。
優選地，廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件：
(3) 1.2<f3/f2<2.85；
其中，f3第三透鏡組30的有效焦距。
條件式(3)有效保證了廣角變焦鏡頭100的對焦成功率。條件式(1)中若第三透鏡組30有效焦距f3太長會造成對焦時移動距離過長，增加了對焦時間，若第三透鏡組30有效焦距f3太短，則降低了對焦精度。
優選地，廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件：
(4) 1.02<N2/N1<1.15；
其中，N1為第一透鏡11的d光線折射率，N2為第二透鏡12的d光線折射率。
條件式(4)使得廣角變焦鏡頭100的場曲有效的降低，並且使得中心與周邊的視場畫面能同時對焦清晰。
優選地，廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件：
(5) 2<V1/V2<2.7；
(6) 1.5<V4/V5<3.8；
其中，V1為第一透鏡11的阿貝係數，V2為第二透鏡12的阿貝係數，V4為第四透鏡22的阿貝係數，V5為第五透鏡23的阿貝係數。
條件式(5)和(6)使得廣角變焦鏡頭100可以對廣角端的橫向色差和望遠端的軸向色差進行較好的補正。
優選地，廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件：
(7) 0.7<T2/IH<1.1；
其中，T2為第二透鏡組20的總厚度，即第五表面S5至第十二表面S12在光軸上的距離，IH為影像感測面60的對角距離。
條件式(7)保證了第二鏡組20的總厚度，有效降低了該廣角變焦鏡頭100的系統總長。
其中，所述第一表面S1、第二表面S2、第五表面S5、第六表面S6、第十一表面S11、第十二表面S12及第十三表面S13均為非球面，並滿足非球面之面型公式：
其中，z是沿光軸方向在高度為h之位置以表面頂點作參考距光軸之位移值，c是曲率半徑，h為鏡片高度，K為圓錐定數（Coin Constant），Ai為i次之非球面係數(i-th order Aspherical Coefficient）。
第一實施方式中廣角變焦鏡頭100的各光學元件滿足表1至表3的條件，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；
Conic：非球面的圓錐係數；
F：廣角變焦鏡頭100的有效焦距；
FNo：廣角變焦鏡頭100的光圈值；
FOV：廣角變焦鏡頭100的視場角。
表1
表2
表3
本實施方式中，f2/f1=0.828；L2/fT =0.744；f3/f2=2.83；N2/N1=1.038；V1/V2=2.21；V4/V5=3.43；T2/IH =0.8。
所述廣角變焦鏡頭100在廣角狀態的像差、場曲及畸變分別如圖2到圖4所示。圖2中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)範圍內。圖3中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.20mm,0.20mm)範圍內。圖4中的畸變率控制在(-20%,0)範圍內。由此可見，廣角變焦鏡頭100在廣角狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
所述廣角變焦鏡頭100在望遠狀態的像差、場曲及畸變分別如圖5到圖7所示。圖5中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)範圍內。圖6中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.20mm,0.20mm)範圍內。圖7中的畸變率控制在(0,3%)範圍內。由此可見，廣角變焦鏡頭100在望遠狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
請參閱圖8，其為本發明第二實施方式所提供的一廣角變焦鏡頭100a，第二實施方式中的廣角變焦鏡頭100a與第一實施方式中的廣角變焦鏡頭100的區別在於：所述第一表面S1、第六表面S6、第十一表面S11及第十三表面S13為球面，所述第十四表面S14為非球面。所述廣角變焦鏡頭100a滿足表4至表6的條件。
表4
表5
表6
本實施方式中，f2/f1=1.05；L2/fT =1.039；f3/f2=1.254；N2/N1=1.13；V1/V2=2.55；V4/V5=1.739；T2/IH=0.97。
所述廣角變焦鏡頭100a在廣角狀態的像差、場曲及畸變分別如圖9到圖11所示。圖9中的像差控制在(0,0.30mm)範圍內。圖10中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(0,0.20mm)範圍內。圖11中的畸變率控制在(-20%,0)範圍內。由此可見，廣角變焦鏡頭100a在廣角狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
所述廣角變焦鏡頭100a在望遠狀態的像差、場曲及畸變分別如圖12到圖14所示。圖12中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)範圍內。圖13中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.20mm,0.20mm)範圍內。圖14中的畸變率控制在(0,3%)範圍內。由此可見，廣角變焦鏡頭100a在望遠狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
其中，圖2-7及圖9-14中F線的波長為486nm，d線的波長為587nm，C線的波長為656nm。
本發明所述廣角變焦鏡頭和廣角變焦系統在滿足大光圈和廣視角的條件下，同時具有較高的成像品質。
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援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、100a．．．廣角變焦鏡頭
10．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
12．．．第二透鏡
20．．．第二透鏡組
21．．．第三透鏡
22．．．第四透鏡
23．．．第五透鏡
24．．．第六透鏡
30．．．第三透鏡組
31．．．第七透鏡
40．．．光圈
50．．．濾光片
60．．．影像感測面
S1~S16．．．第一至第十六表面
圖1為本發明第一實施方式提供的廣角變焦鏡頭的結構示意圖。
圖2為圖1中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的像差圖。
圖3為圖1中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的場曲圖。
圖4為圖1中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的畸變圖。
圖5為圖1中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的像差圖。
圖6為圖1中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的場曲圖。
圖7為圖1中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的畸變圖。
圖8為本發明第二實施方式提供的廣角變焦鏡頭的結構示意圖。
圖9為圖2中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的像差圖。
圖10為圖2中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的場曲圖。
圖11為圖2中的廣角變焦鏡頭在廣角狀態的畸變圖。
圖12為圖2中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的像差圖。
圖13為圖2中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的場曲圖。
圖14為圖2中的廣角變焦鏡頭在望遠狀態的畸變圖。
100．．．廣角變焦鏡頭
10．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
12．．．第二透鏡
20．．．第二透鏡組
21．．．第三透鏡
22．．．第四透鏡
23．．．第五透鏡
24．．．第六透鏡
30．．．第三透鏡組
31．．．第七透鏡
40．．．光圈
50．．．濾光片
60．．．影像感測面
S1~S16．．．第一至第十六表面

Claims (9)

  1. 一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸從物側到像側方向依次包括一個負光焦度的第一透鏡組、一個正光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組；在該廣角變焦鏡頭從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第一透鏡組、第二透鏡組及第三透鏡組均可沿光軸移動；該廣角變焦鏡頭滿足條件式：
    0.77<|f2/f1|<1.1，
    0.7<L2/fT<1.08；
    其中，f1為第一透鏡組的有效焦距，f2第二透鏡組的有效焦距，L2為第二透鏡組由廣角端至望遠端的移動距離，fT為該廣角變焦鏡頭望遠端的有效焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的廣角變焦鏡頭，其中，所述廣角變焦鏡頭在變焦過程中，所述第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔減小，第二透鏡組與第三透鏡組之間的間隔增加。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的廣角變焦鏡頭，其中，所述第一透鏡組從物側到像側依次包括一具有負光焦度的第一透鏡及一具有正光焦度的第二透鏡；第二透鏡組從物側到像側依次包括一具有正光焦度的第三透鏡、一具有正光焦度的第四透鏡、一具有負光焦度的第五透鏡及一具有正光焦度的第六透鏡；所述第三透鏡組包括一具有正光焦度的第七透鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的廣角變焦鏡頭，其中，所述第一透鏡為非球面透鏡，第二透鏡均為球面透鏡；所述第三透鏡和第六透鏡均為非球面透鏡，所述第四透鏡和第五透鏡相互膠合且均為球面透鏡；所述第七透鏡為非球面透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還滿足以下條件式﹕
    1.2<f3/f2<2.85；
    其中，f3第三透鏡組的有效焦距。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還滿足以下條件式﹕
    1.02<N2/N1<1.15；
    其中，N1為第四透鏡的d光線折射率，N2為第五透鏡的d光線折射率。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還滿足以下條件式﹕
    2<V1/V2<2.7，
    1.5<V4/V5<3.8；
    其中，V1為第一透鏡的阿貝係數，V2為第二透鏡的阿貝係數，V4為第四透鏡的阿貝係數，V5為第五透鏡的阿貝係數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的廣角變焦鏡頭，其中，所述角變焦鏡頭還包括兩個光圈，其中一個光圈設置在第一透鏡組和第二透鏡組之間，另一個光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，依次經過第一透鏡組、光圈、第二透鏡組、光圈及第三透鏡組的光線聚焦成像於一影像感測面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還滿足以下條件式﹕
    0.7<T2/IH<1.1；
    其中，T2為第二透鏡組的總厚度，IH為影像感測面的對角距離。
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