TWI413798B - 變焦鏡頭 - Google Patents

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Description

變焦鏡頭
本發明涉及一種變焦鏡頭，尤其係指一種應用於相機之數位式或非數位式之實像(Real Image)取像裝置的變焦鏡頭，具有全長短、小型化、高變焦倍率及高解像力的優點。
近年來，隨著照相、攝影等光學技術與數位電子技術的快速整合，照相手機、小型數位相機及小型家用攝影機等電子裝置皆配備有用以進行攝影的變焦鏡頭。此種變焦鏡頭皆要求符合小型化及輕量化，並要滿足高變焦倍率(Zoom Ratio)及高解像力(High Resolution)之要求。通常，高變焦倍率鏡頭係以多群透鏡組、多枚透鏡，較長的鏡頭長度型式來達成，並加入特殊低色散透鏡及非球面透鏡來達成高解像力之要求。
隨著半導體製程技術的進步，使得非球面透鏡可以大量地應用於攝影鏡頭中。採用非球面透鏡除可校正球面透鏡產生的球面像差問題外，並可運用一枚非球面透鏡來取代數枚球面透鏡，來達到降低成本與產品輕量化的需求。在變焦鏡頭中，在謀求整個鏡頭系統小型化的同時，為獲得所期望的變焦倍率，得到整個變焦範圍良好的光學特性，還需要適當設定各透鏡組中之透鏡構成。習用的攝影變焦鏡頭大多為採用非球面透鏡的負、正、正三群結構，但是該等三群結構變焦鏡頭，因為主要變倍係以二群為主，而二群所需的移動量較大，同時隨變倍率增加，成像性會變化過大，故目前已發展四群結構的變焦鏡頭，藉由增加透鏡之數量，來克服三群結構的缺陷。然而習用的四群結構變焦鏡頭要透過三群變焦來達到四至六倍的變焦倍率以及高解像力會需要有較長的空間，而若使用四群變焦則又需要考慮透鏡數量及成本的問題。並且，無論是三群變焦或是四群變焦，習用的四群結構變焦鏡頭各透鏡組的外徑通常較大，收納時需要較大的收納空間且收納全長較長。
已知，在變焦鏡頭的設計中，直接而又有效的小型化方式是將變焦時各透鏡組之移動量變小，從而可縮短整個鏡頭的長度，惟採用此方式通常會提高鏡頭加工的精度與難度，同時亦難以獲得良好的像差修正。因此，對於變焦攝影鏡頭包括投影鏡頭來說，如何做到既滿足高變焦倍率及高解像力的光學性能要求，同時又盡可能地簡化光學系統的構成而達成小型化、輕量化設計，使鏡頭收納後的體積縮小，這確是變焦鏡頭設計領域中令設計者頭痛的一個難題。
本發明即是針對於前述困擾，提出改良，以提供收納全長短、小型化且滿足高變焦倍率及高解像力的四群結構變焦鏡頭。
有鑑於此，本發明之目的即在於提供一種變焦鏡頭，其係使用正、負、正、正之四群透鏡組，可滿足高變焦倍率及高解像力的光學性能要求，並可縮短鏡頭全長及縮小鏡頭體積。
依據本發明之目的而提供之變焦鏡頭，其由物方至像方於光軸上依序包含正屈光力之第一透鏡組、負屈光力之第二透鏡組、正屈光力之第三透鏡組及正屈光力之第四透鏡組。當該變焦鏡頭由廣角端(Wide-Angle End)至望遠端(Telephoto End)變焦(Zooming)時，第一透鏡組與第三透鏡組皆向物方移動，第二透鏡組則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮小；第四透鏡組亦可沿光軸移動，使第三透鏡組與第四透鏡組之間的第三可變間距發生變化；第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面。
根據本發明之變焦鏡頭，第四透鏡組於對焦時移動，其亦可與第一、第二及第三透鏡組同時移動進行變焦。該第四透鏡組作動時係向物方移動，其亦可先向物方移動再向像方移動。
根據本發明之變焦鏡頭，第三透鏡組的物方側設有一孔徑光闌，於變焦時其隨同第三透鏡組一起移動。
根據本發明第一實施例之變焦鏡頭，第一透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一新月形凹透鏡與一新月形凸透鏡，該新月形凹透鏡與該新月形凸透鏡的凸面皆朝向物方且相互接合成一體。
根據本發明第二與第三實施例之變焦鏡頭，第一透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一正屈光度的複合透鏡與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。該複合透鏡係由一新月形凹透鏡與一新月形凸透鏡接合而成，該新月形凹透鏡與該新月形凸透鏡的凸面皆朝向物方。
根據本發明之變焦鏡頭，第二透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一第一凹透鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，該第一凹透鏡與該第二凹透鏡曲率較大的面係相向設置。較佳地，該第一凹透鏡為一非球面透鏡，該第二凹透鏡亦可為一非球面透鏡。根據本發明第一實施例之變焦鏡頭，該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡則為一雙凸透鏡。根據本發明第二實施例之變焦鏡頭，該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為凸面朝向像方的一新月形凹透鏡，該凸透鏡則為一雙凸透鏡。根據本發明第三實施例之變焦鏡頭，該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡則為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。
根據本發明之變焦鏡頭，第三透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一雙凸透鏡、一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡，其中該雙凸透鏡係一非球面透鏡，該新月形凸透鏡與該新月形凹透鏡的凸面皆朝向物方且相互接合成一體。
根據本發明之變焦鏡頭，第四透鏡組係由一新月形凸透鏡構成，其凸面朝向物方。
根據本發明之變焦鏡頭，第四透鏡組與成像面之間更設有一濾光片與一玻璃蓋板。
本發明變焦鏡頭採用正、負、正、正之四群透鏡組為架構，變焦時第一透鏡組與第三透鏡組向物方移動，第二透鏡組則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮小。第四透鏡組則於對焦時移動，其亦可與第一、第二及第三透鏡組同時移動進行變焦。第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面。本發明變焦鏡頭透過三群透鏡組的變焦以及非球面透鏡的採用可達到四至六倍的變焦倍率以及高解像力。於變焦作動時，第二透鏡組的移動量相對較小，可有效縮小第二透鏡組的外徑，增加收納時鏡頭體積小型化的機構設計可能性，有效將鏡頭小型化。本發明變焦鏡頭的架構可同時縮小第二、第三透鏡組的外徑，減少鏡頭收納空間，從而可獲得收納全長短、外徑小的一短小型四至六倍變焦鏡頭。再有，本發明變焦鏡頭僅有9枚或10枚單透鏡構成，因此鏡頭總長較短，生產成本亦較低。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。
本發明之變焦鏡頭可以應用於影像擷取裝置或攝影裝置，用來將目標物成像於一影像感測元件(CCD或CMOS)。第一圖至第三圖分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭位於廣角端(Wide-Angle End)、中間角度端(Medium-Angle End)及望遠端(Telephoto End)的光學結構示意圖；第六圖至第八圖分別顯示了本發明第二實施例之變焦鏡頭位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖；第九圖至第十一圖分別顯示了本發明第三實施例之變焦鏡頭位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。第四A-四D圖及第五A-五D圖則分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭位於廣角端及望遠端的各像差表現圖。
本發明變焦鏡頭由物方至像方於光軸上依序包含正屈光力的第一透鏡組G1、負屈光力的第二透鏡組G2、正屈光力的第三透鏡組G3及正屈光力的第四透鏡組G4。第三透鏡組G3的物方側設有一孔徑光闌ST。
第一透鏡組G1的屈光力為正，其由一正屈光力的複合透鏡構成(第一實施例，參第一圖至第三圖)或由一正屈光力的複合透鏡與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡L3構成(第二及第三實施例，參第六圖至第八圖及第九圖至第十一圖)，其中該複合透鏡係由凸面朝向物方的一新月形凹透鏡L1與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡L2相互接合而成。第二透鏡組G2由物方至像方於光軸上依序包含一第一凹透鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，其中該第一凹透鏡與該第二凹透鏡曲率較大的面係相向設置。第三透鏡組G3為補正系，主要功能為改善球面像差與彗星像差，其由物方至像方於光軸上依序包含一雙凸透鏡與一複合透鏡，其中該雙凸透鏡包含有至少一非球面表面，該複合透鏡係由一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡相互接合而成。第四透鏡組G4係由一枚新月形凸透鏡構成，其凸面朝向物方且包含有至少一非球面表面。本發明變焦鏡頭的各組成透鏡可皆由玻璃製成，部分透鏡如非球面透鏡亦可由塑膠製成。
當本發明變焦鏡頭由廣角端至望遠端變焦(Zooming)時，第一透鏡組G1與第三透鏡組G3向物方移動，第二透鏡組G2則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A增大，而第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的第二可變間距B則縮小。變焦時，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3一起移動。
而於對焦(Focusing)時，本發明變焦鏡頭的第四透鏡組G4進行作動，使第三透鏡組G3與第四透鏡組G4之間的第三可變間距C發生變化。第四透鏡組G4於對焦時的作動，可補償變焦後造成的成像面移動。第四透鏡組G4的另一項功能在於亦可兼作補正系使用，與第二透鏡組G2、第三透鏡組G3同時移動進行變焦後，其後並可再單獨移動進行對焦。
本發明變焦鏡頭的4群透鏡組僅包含有9枚或10枚單透鏡，其中至少有2枚為非球面透鏡，以使本發明變焦鏡頭具有較佳的像差矯正效果。具體而言，第三透鏡組G3與第四透鏡組G4皆包含有一枚非球面透鏡，每一非球面透鏡皆包含有至少一非球面表面，該等非球面表面之形狀可以下式表達：
其中D代表非球面透鏡在離透鏡中心軸的相對高度H時的矢(Sag)量，C表示頂點曲率，H表示非球面透鏡在離透鏡中心軸的相對高度，K表示非球面透鏡的圓錐常數(Conic Constant)，而E4 、E6 、E8 及E10 分別為四階、六階、八階及十階的非球面修正係數。
以下將以三個具體的實施例為例來對本發明之變焦鏡頭進行詳細說明：
第一實施例
請同時參閱第一圖至第三圖，其為本發明第一實施例之變焦鏡頭分別位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。本發明第一實施例之變焦鏡頭由物方至像方於光軸上依序包含正屈光力的第一透鏡組G1、負屈光力的第二透鏡組G2、正屈光力的第三透鏡組G3及正屈光力的第四透鏡組G4。第三透鏡組G3的物方側設有一孔徑光闌ST。第一至第四透鏡組皆可沿光軸移動，以達成變焦與對焦。變焦時，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3一起移動。
第一透鏡組G1由一正屈光力的複合透鏡構成，該複合透鏡係由一第一透鏡L1與一第二透鏡L2相互接合而成。該第一透鏡L1為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二透鏡L2為凸面亦朝向物方的一新月形凸透鏡。
第二透鏡組G2由物方至像方於光軸上依序包含一第三透鏡L3、一第四透鏡L4與一第五透鏡L5，其中該第三透鏡L3為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第四透鏡L4為一雙凹透鏡，該第五透鏡L5則為一雙凸透鏡。該第三透鏡L3與該第四透鏡L4曲率較大的面係相向設置。較佳地，該第三透鏡L3的物方表面S4與像方表面S5皆為非球面表面，該第四透鏡L4的物方表面S6與像方表面S7亦皆為非球面表面。
第三透鏡組G3為補正系，主要功能為改善球面像差與彗星像差，其由物方至像方於光軸上依序包含一第六透鏡L6與一複合透鏡，該複合透鏡係由一第七透鏡L7與一第八透鏡L8相互接合而成。該第六透鏡L6係一雙凸透鏡，其物方表面S11與像方表面S12較佳地皆為非球面表面。該第七透鏡L7係凸面朝向物方的一新月形凸透鏡，該第八透鏡L8係凸面亦朝向物方的一新月形凹透鏡。
第四透鏡組G4係由一第九透鏡L9構成，該第九透鏡L9為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。較佳地，該第九透鏡L9的物方表面S16與像方表面S17係皆為非球面表面。
第四透鏡組G4與成像面IMG之間另設有光學件，該等光學件可以是如圖所示的例如由低通濾波器LPF(Low Pass Filter)構成的一濾光片FL，塗佈有光學鍍膜的一玻璃蓋板CG(Cover Glass)，亦可以是熟知此技藝者所能想到的具有適當功能或構造的任何光學件。該成像面IMG為影像感測元件如CCD的光接收表面。
當本發明第一實施例之變焦鏡頭由廣角端(第一圖)至望遠端(第三圖)變焦(Zooming)時，第一透鏡組G1與第三透鏡組G3皆向物方移動，第二透鏡組G2則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A增大，而第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的第二可變間距B則縮小。變焦時，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3一起移動。
對焦(Focusing)作動由第四透鏡組G4來達成。該第四透鏡組G4的另一項功能在於亦可兼作補正系使用，其可與第一、第二及第三透鏡組G1、G2、G3同時移動進行變焦，其後並可再單獨移動進行對焦，以補償變焦造成的成像面移動。
下表表一示出了本發明第一實施例之變焦鏡頭的各構成元件的具體數值。在該表中，“Si”表示由物方至像方位於光軸上的透鏡L1至L9、孔徑光闌ST、濾光片FL(LPF)及玻璃蓋板CG的光入射面及光出射面中的第i個表面；“INF”表示無窮大；“Ri”表示從物方開始第i個表面的曲率半徑；“Di”則表示第i個表面與第(i+1)個表面之間的表面間距，即各透鏡沿著光軸測量所得之厚度或是兩相鄰透鏡或光學元件沿光軸的間距。此外，各表面之中的接合表面係以同一表面序號表示。
由上表表一可知，本發明第一實施例之變焦鏡頭的透鏡組G2、G3及G4皆採用了非球面設計，以有效校正各類像差而獲得較佳的成像性能。詳細而言，如第一圖至第三圖所示，第二透鏡組G2中的新月形凹透鏡L3的物方表面S4與像方表面S5以及雙凹透鏡L4的物方表面S6與像方表面S7皆為非球面表面，第三透鏡組G3中的雙凸透鏡L6的物方表面S11與像方表面S12皆為非球面表面，第四透鏡組G4的新月形凸透鏡L9的物方表面S16與像方表面S17亦皆為非球面表面。
表二示出了上述非球面表面的錐度常數K及相關非球面係數E4 、E6 、E8 及E10 。
本發明第一實施例之變焦鏡頭於變焦時，第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A、第二透鏡組G2與第三透鏡組G3或孔徑光闌ST之間的第二可變間距B、第三透鏡組G3與第四透鏡組G4之間的第三可變間距C以及第四透鏡組G4與濾光片FL之間的第四可變間距D皆發生變化。該些可變間距的具體數值(以mm表示)以及系統的有效焦距EFL(Effective Focal Length)、F值FNO以及光學總長TTL(Total Track Length)皆示於下表表三中，其中“W”代表廣角端(Wide-Angle End)，“M”代表中間角度端(Medium-Angle End)，“T”代表望遠端(Telephoto End)。
由表三可知，本發明第一實施例之變焦鏡頭的光學總長較短且變焦倍率為4.49倍。由廣角端至望遠端變焦時，第一可變間距A、第三可變間距C及第四可變間距D皆增大，而第二可變間距B則減小。
另，本發明第一實施例之變焦鏡頭的各透鏡組G1、G2、G3及G4的有效焦距fG1、fG2、fG3、fG4分別為32.284mm、-8.477mm、11.132mm及22.189mm。
依照上述表一至表三所列之參數進行設計，如第四A圖至第四D圖(廣角端各像差表現圖)及第五A圖至第五D圖(望遠端各像差表現圖)所示，本發明第一實施例之變焦鏡頭於廣角端及望遠端皆對各類像差進行了有效校正而可獲得較佳的光學性能。其中，第四A及五A圖分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭於廣角端及望遠端之縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)表現；第四B及五B圖分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭於廣角端及望遠端之彗星像差(Coma Aberration)表現；第四C及五C圖分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭於廣角端及望遠端之場曲(Field Curvature)表現；第四D及五D圖則分別顯示了本發明第一實施例之變焦鏡頭於廣角端及望遠端之畸變像差(Distortion)表現。
本發明第一實施例中，fG2+fG3=2.655，且2.40<EFL/(fG2+fG3)<10.82。
第二實施例
請同時參閱第六圖至第八圖，其為本發明第二實施例之變焦鏡頭分別位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。本發明第二實施例之變焦鏡頭由物方至像方於光軸上依序亦包含正屈光力的第一透鏡組G1、負屈光力的第二透鏡組G2、正屈光力的第三透鏡組G3及正屈光力的第四透鏡組G4。第三透鏡組G3的物方側設有一孔徑光闌ST。第一至第四透鏡組皆可沿光軸移動，以達成變焦與對焦。變焦時，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3一起移動。
與第一實施例不同的是，第一透鏡組G1係由一第一透鏡L1與一第二透鏡L2相互接合而成的一正屈光力的複合透鏡與一第三透鏡L3構成。該第一透鏡L1為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二透鏡L2為凸面亦朝向物方的一新月形凸透鏡，該第三透鏡L3亦為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。
第二透鏡組G2由物方至像方於光軸上依序包含一第四透鏡L4、一第五透鏡L5與一第六透鏡L6，其中該第四透鏡L4為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第五透鏡L5為凸面朝向像方的一新月形凹透鏡，該第六透鏡L6則為一雙凸透鏡。該第四透鏡L4與該第五透鏡L5曲率較大的面係相向設置。較佳地，該第四透鏡L4的物方表面S6與像方表面S7皆為非球面表面。
第三透鏡組G3為補正系，主要功能為改善球面像差與彗星像差，其由物方至像方於光軸上依序包含一第七透鏡L7與一複合透鏡，該複合透鏡係由一第八透鏡L8與一第九透鏡L9相互接合而成。該第七透鏡L7係一雙凸透鏡，其物方表面S13與像方表面S14較佳地皆為非球面表面。該第八透鏡L8係凸面朝向物方的一新月形凸透鏡，該第九透鏡L9係凸面亦朝向物方的一新月形凹透鏡。
第四透鏡組G4係由一第十透鏡L10構成，該第十透鏡L10為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。較佳地，該第十透鏡L10的物方表面S18為非球面表面。
第四透鏡組G4與成像面IMG之間另設有光學件，該等光學件可以是如圖所示的例如由低通濾波器LPF(Low Pass Filter)構成的一濾光片FL，塗佈有光學鍍膜的一玻璃蓋板CG(Cover Glass)，亦可以是熟知此技藝者所能想到的具有適當功能或構造的任何光學件。該成像面IMG為影像感測元件如CCD的光接收表面。
當本發明第二實施例之變焦鏡頭由廣角端(第六圖)至望遠端(第八圖)變焦(Zooming)時，與第一實施例相同，第一透鏡組G1與第三透鏡組G3皆向物方移動，第二透鏡組G2則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A增大，而第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的第二可變間距B則縮小。變焦時，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3一起移動。
對焦(Focusing)作動由第四透鏡組G4來達成。該第四透鏡組G4的另一項功能在於亦可兼作補正系使用，其可與第一、第二及第三透鏡組G1、G2、G3同時移動進行變焦，其後並可再單獨移動進行對焦，以補償變焦造成的成像面移動。
下表表四示出了本發明第二實施例之變焦鏡頭的各構成元件的具體數值。
由上表表四可知，本發明第二實施例之變焦鏡頭的透鏡組G2、G3及G4皆採用了非球面設計，以有效校正各類像差而獲得較佳的成像性能。詳細而言，如第六圖至第八圖所示，第二透鏡組G2中的新月形凹透鏡L4的物方表面S6與像方表面S7皆為非球面表面，第三透鏡組G3中的雙凸透鏡L7的物方表面S13與像方表面S14皆為非球面表面，第四透鏡組G4的新月形凸透鏡L10的物方表面S18亦為非球面表面。
表五示出了上述非球面表面的錐度常數K及相關非球面係數E4 、E6 、E8 及E10 。
與第一實施例相同，本發明第二實施例之變焦鏡頭於變焦時，第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A、第二透鏡組G2與第三透鏡組G3或孔徑光闌ST之間的第二可變間距B、第三透鏡組G3與第四透鏡組G4之間的第三可變間距C以及第四透鏡組G4與濾光片FL之間的第四可變間距D亦皆發生變化。該些可變間距的具體數值(以mm表示)以及系統的有效焦距EFL、F值FNO以及光學總長TTL皆示於下表表六中。
由表六可知，本發明第二實施例之變焦鏡頭的光學總長較短且變焦倍率可達6.59倍。由廣角端至望遠端變焦時，第一可變間距A及第三可變間距C皆增大，第二可變間距B減小，第四可變間距D則發生變化。
另，本發明第二實施例之變焦鏡頭的各透鏡組G1、G2、G3及G4的有效焦距fG1、fG2、fG3、fG4分別為38.557mm、-7.724mm、10.666mm及22.410mm。
依照上述表四至表六所列之參數進行設計，本發明第二實施例之變焦鏡頭於廣角端、中間角度端及望遠端皆可對各類像差進行有效校正而獲得較佳的光學性能。
本發明第二實施例中，fG2+fG3=2.942，且1.78<EFL/(fG2+fG3)<11.76。
第三實施例
請同時參閱第九圖至第十一圖，其為本發明第三實施例之變焦鏡頭分別位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。
該第三實施例的系統光學結構及各透鏡組作動方式與第二實施例基本相同，其第一透鏡組G1、第三透鏡組G3及第四透鏡組G4的結構與第二實施例相同，第一透鏡組G1亦由一正屈光力的複合透鏡與一新月形凸透鏡L3構成。
該第三實施例的第二透鏡組G2結構與第二實施例略有不同，其由物方至像方於光軸上依序包含一第四透鏡L4、一第五透鏡L5與一第六透鏡L6，其中該第四透鏡L4為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第五透鏡L5為一雙凹透鏡，該第六透鏡L6則為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。該第四透鏡L4與該第五透鏡L5曲率較大的面亦相向設置。
下表表七示出了本發明第三實施例之變焦鏡頭的各構成元件的具體數值。
由上表表七可知，本發明第三實施例之變焦鏡頭的透鏡組G3及G4採用了非球面設計，以有效校正各類像差而獲得較佳的成像性能。詳細而言，如第九圖至第十一圖所示，第三透鏡組G3中的雙凸透鏡L7的物方表面S13與像方表面S14皆為非球面表面，第四透鏡組G4的新月形凸透鏡L10的物方表面S18亦為非球面表面。
表八示出了上述非球面表面的錐度常數K及相關非球面係數E4 、E6 、E8 及E10 。
本發明第三實施例之變焦鏡頭的各可變間距A、B、C、D的具體數值(以mm表示)以及系統的有效焦距EFL、F值FNO以及光學總長TTL皆示於下表表九中。
表九
由表九可知，本發明第三實施例之變焦鏡頭的光學總長較短且變焦倍率可達6.58倍。由廣角端至望遠端變焦時，第一可變間距A增大，第二可變間距B減小，第三可變間距C及第四可變間距D則皆發生變化。
另，本發明第三實施例之變焦鏡頭的各透鏡組G1、G2、G3及G4的有效焦距fG1、fG2、fG3、fG4分別為38.229mm、-8.698mm、11.665mm及25.483mm。
依照上述表七至表九所列之參數進行設計，本發明第三實施例之變焦鏡頭於廣角端、中間角度端及望遠端皆可對各類像差進行有效校正而獲得較佳的光學性能。
本發明第三實施例中，fG2+fG3=2.967，且2.21<EFL/(fG2+fG3)<14.58。
綜上所述，本發明變焦鏡頭採用正、負、正、正之四群透鏡組為架構，變焦時第一透鏡組G1與第三透鏡組G3皆向物方移動，第二透鏡組G2則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的第一可變間距A增大，而第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的第二可變間距B則縮小。第四透鏡組G4則於對焦時移動，其亦可與第一、第二及第三透鏡組G1、G2、G3同時移動進行變焦。第三透鏡組G3與第四透鏡組G4中皆包含有至少一非球面表面。本發明變焦鏡頭透過三群透鏡組的變焦以及非球面透鏡的採用可達到四至六倍的變焦倍率以及高解像力。於變焦作動時，第二透鏡組G2的移動量相對較小，可有效縮小第二透鏡組G2的外徑，增加收納時鏡頭體積小型化的機構設計可能性，有效將鏡頭小型化。本發明變焦鏡頭的架構可同時縮小第二、第三透鏡組G2、G3的外徑，減少鏡頭收納空間，從而可獲得收納全長短、外徑小的一短小型四至六倍變焦鏡頭。再有，本發明變焦鏡頭僅有9枚或10枚單透鏡構成，因此鏡頭總長較短，生產成本亦較低。
綜上所述，本發明變焦鏡頭符合以下條件式
1.78<EFL/(fG2+fG3)<14.58，
其中，fG2為第二透鏡組G2之有效焦距、fG3為第三透鏡組G3之有效焦距且EFL為本發明變焦鏡頭之系統有效焦距。
惟以上所述者，僅為本發明之具體實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
G1．．．第一透鏡組
G2．．．第二透鏡組
G3．．．第三透鏡組
G4．．．第四透鏡組
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
L8．．．第八透鏡
L9．．．第九透鏡
L10．．．第十透鏡
ST．．．孔徑光闌
FL．．．濾光片
CG．．．玻璃蓋板
IMG．．．成像面
A．．．第一可變間距
B．．．第二可變間距
C．．．第三可變間距
D．．．第四可變間距
S4、S5、S6、S7、S11、S12、S13、S14、S16、S17、S18．．．透鏡表面
第一圖至第三圖係分別為本發明第一實施例之變焦鏡頭位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。
第四A-四D圖係分別為本發明第一實施例之變焦鏡頭位於廣角端的縱向球差、彗星像差、場曲及畸變像差表現圖。
第五A-五D圖係分別為本發明第一實施例之變焦鏡頭位於望遠端的縱向球差、彗星像差、場曲及畸變像差表現圖。
第六圖至第八圖係分別為本發明第二實施例之變焦鏡頭位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。
第九圖至第十一圖係分別為本發明第三實施例之變焦鏡頭位於廣角端、中間角度端及望遠端的光學結構示意圖。
G1‧‧‧第一透鏡組
G2‧‧‧第二透鏡組
G3‧‧‧第三透鏡組
G4‧‧‧第四透鏡組
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
L8‧‧‧第八透鏡
L9‧‧‧第九透鏡
FL‧‧‧濾光片
ST‧‧‧孔徑光闌
IMG‧‧‧成像面
CG‧‧‧玻璃蓋板
B‧‧‧第二可變間距
A‧‧‧第一可變間距
D‧‧‧第四可變間距
C‧‧‧第三可變間距
S4、S5、S6、S7、S11、S12、S16、S17‧‧‧透鏡表面

Claims (18)

  1. 一種變焦鏡頭，由物方至像方沿光軸依序包含：正屈光力的第一透鏡組；負屈光力的第二透鏡組；正屈光力的第三透鏡組；及正屈光力的第四透鏡組；其中，當變焦鏡頭由廣角端至望遠端變焦時，第一透鏡組與第三透鏡組皆向物方移動，第二透鏡組則先向像方移動再向物方移動，使第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮小；第四透鏡組亦可沿光軸移動，使第三透鏡組與第四透鏡組之間的第三可變間距發生變化；第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面；其中該變焦鏡頭滿足以下條件式：1.78<EFL/(fG2+fG3)<14.58，其中，fG2為第二透鏡組之有效焦距、fG3為第三透鏡組之有效焦距且EFL為變焦鏡頭從廣角端至望遠端之系統有效焦距。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡組於對焦時移動，其亦可與第一、第二及第三透鏡組同時移動進行變焦。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡組作動時係向物方移動。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡組作動時係先向物方移動再向像方移動。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第三透鏡組的物方側設有一孔徑光闌，於變焦時其隨同第三透鏡組一起移動。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一第一新月形凹透鏡與一第二新月形凸透鏡，該第一新月形凹透鏡與該第二新月形凸透鏡的凸面皆朝向物方。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭，其中該第一新月形凹透鏡與該第二新月形凸透鏡係相互接合成一體。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡組更包含凸面朝向物方的一第三新月形凸透鏡，且該第三新月形凸透鏡鄰近該第二新月形凸透鏡之像方設置。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第二透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一第一凹透鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，該第一凹透鏡與該第二凹透鏡曲率較大的面係相向設置。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之變焦鏡頭，其中該第一凹透鏡為一非球面透鏡。
  11. 根據申請專利範圍第9項所述之變焦鏡頭，其中該第一凹透鏡與該第二凹透鏡皆為非球面透鏡。
  12. 根據申請專利範圍第9項所述之變焦鏡頭，其中該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡為一雙凸透鏡。
  13. 根據申請專利範圍第9項所述之變焦鏡頭，其中該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為凸面朝向像方的一新月形凹透鏡，該凸透鏡為一雙凸透鏡。
  14. 根據申請專利範圍第9項所述之變焦鏡頭，其中該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第三透鏡組由物方至像方於光軸上依序包含一雙凸透鏡、一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡，該新月形凸透鏡與該新月形凹透鏡的凸面皆朝向物方。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述之變焦鏡頭，其中該新月形凸透鏡與該新月形凹透鏡係相互接合成一體。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述之變焦鏡頭，其中該雙凸透鏡係一非球面透鏡。
  18. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡組係由一新月形凸透鏡構成，其凸面朝向物方。
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