TWI414814B - 變焦鏡頭 - Google Patents

Description

變焦鏡頭

本發明涉及一種變焦鏡頭。

隨著數位相機或數位攝像機的逐漸普及，人們對攝像的品質提出了更高的要求，比如使用者不僅希望數位相機具有較高的變焦倍率，而且希望數位相機的體積更加的輕薄短小。但是現在的高變焦倍率的鏡頭內部需要給各鏡群預留一定的空間，以利於各鏡群移動進行變焦，因此厚度一般比較大。

有鑒於此，有必要提供一種厚度薄且變焦倍率高的變焦鏡頭。

一種變焦鏡頭，沿其光軸方向從物端到像端依次包括一個具有正光焦度的第一透鏡組、一個具有負光焦度的第二透鏡組、一個具有正光焦度的第三透鏡組、一個具有正光焦度的第四透鏡組，所述第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組及第四透鏡組在變焦過程中都能夠沿光軸方向移動，以實現變焦，所述變焦鏡頭滿足以下條件式：

(1)-0.15<L3/Lt<-0.35

(2)1.3<(T1+T2+T3+T4)/DIM<1.9

其中，L3為所述變焦鏡頭從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第三透鏡組在光軸上的移動向量，且所述第三透鏡組從物端到像端的移動向量為正值，從像端到物端的移動向量為負值；Lt為所述變焦鏡頭在望遠端時在光軸方向的總長度；T1為所述第一透鏡組在光軸方向上的總厚度；T2為所述第二透鏡組在光軸方向上的總厚度；T3為所述第三透鏡組在光軸方向上的總厚度；T4為所述第四透鏡組在光軸方向上的總厚度；DIM為所述變焦鏡頭的最大成像圓的直徑。

相較於先前技術，本發明的變焦鏡頭，不僅可具有較高的變焦倍率，而且在光軸方向的厚度被大大減小。

100‧‧‧變焦鏡頭

10‧‧‧第一透鏡組

11‧‧‧第一透鏡

S1‧‧‧第一物側表面

S2‧‧‧第一像側表面

12‧‧‧第二透鏡

S3‧‧‧第二物側表面

S4‧‧‧第二像側表面

20‧‧‧第二透鏡組

21‧‧‧第三透鏡

S5‧‧‧第三物側表面

S6‧‧‧第三像側表面

22‧‧‧第四透鏡

S7‧‧‧第四物側表面

S8‧‧‧第四像側表面

23‧‧‧第五透鏡

S9‧‧‧第五物側表面

S10‧‧‧第五像側表面

30‧‧‧第三透鏡組

31‧‧‧第六透鏡

S11‧‧‧第六物側表面

S12‧‧‧第六像側表面

32‧‧‧第七透鏡

S13‧‧‧第七物側表面

S14‧‧‧第七像側表面

40‧‧‧第四透鏡組

41‧‧‧第八透鏡

S15‧‧‧第八物側表面

S16‧‧‧第八像側表面

50‧‧‧影像感測器

51‧‧‧成像面

60‧‧‧濾光片

S17‧‧‧第九物側表面

S18‧‧‧第九像側表面

70‧‧‧保護玻璃

S19‧‧‧第十物側表面

S20‧‧‧第十像側表面

80‧‧‧光闌

圖1為本發明的變焦鏡頭的結構示意圖。

圖2為圖1的變焦鏡頭處於廣角端時的球面像差圖。

圖3為圖1的變焦鏡頭處於廣角端時的場曲圖。

圖4為圖1的變焦鏡頭處於廣角端時的畸變圖。

圖5為圖1的變焦鏡頭處於望遠端時的球面像差圖。

圖6為圖1的變焦鏡頭處於望遠端時的場曲圖。

圖7為圖1的變焦鏡頭處於望遠端時的畸變圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明實施方式所提供的變焦鏡頭100的結構示意 圖。所述變焦鏡頭100包括沿其光軸方向從物端到像端依序排列的一個具有正光焦度的第一透鏡組10、一個具有負光焦度的第二透鏡組20、一個具有正光焦度的第三透鏡組30、一個具有正光焦度的第四透鏡組40及一影像感測器50。所述影像感測器50包括一個成像面51。取像時，光線經過第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30、第四透鏡組40，而成像於影像感測器50的成像面51上，而獲得清晰成像，其中影像感測器50為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體)。

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都能沿所述變焦鏡頭100的光軸方向移動，以實現變焦。

所述第一透鏡組10包括從物端到像端依次排列的一個具有負光焦度的第一透鏡11及一個具有正光焦度的第二透鏡12，所述第一透鏡11包括第一物端表面S1及第一像端表面S2。所述第二透鏡12包括第二物端表面S3及第二像端表面S4。

所述第二透鏡組20包括從物端到像端依次排列的一個具有負光焦度的第三透鏡21、一個具有負光焦度的第四透鏡22及一個具有正光焦度的第五透鏡23，所述第三透鏡21包括第三物端表面S5及第三像端表面S6。所述第四透鏡22包括第四物端表面S7及第四像端表面S8。所述第五透鏡23包括第五物端表面S9及第五像端表面S10。

所述第三透鏡組30包括從物端到像端依次排列的一個具有正光焦 度的第六透鏡31及一個具有負光焦度的第七透鏡32。所述第六透鏡31包括第六物端表面S11及第六像端表面S12。所述第七透鏡32包括第七物端表面S13及第七像端表面S14。

所述第四透鏡組40包括從物端到像端依次排列的一個具有正光焦度的第八透鏡41。所述第八透鏡41包括一個第八物端表面S15及第八像端表面S16。

所述變焦鏡頭100還包括位於所述影像感測器的物側且從物端到像端依次排列的一個濾光片60及一個保護玻璃70。所述濾光片60用於防止紅外線等雜散光進入所述影像感測器50，以保證所述影像感測器50的成像品質。所述保護玻璃70用於保護所述影像感測器50。所述濾光片60包括一個第九物端表面S17及第九像端表面S18。所述保護玻璃70包括一個第十物端表面S19及第十像端表面S20。

所述變焦鏡頭100還包括一個設置於第二透鏡組20與第三透鏡組30之間的光闌(Aperture stop)80，以保證所述變焦鏡頭100的整體結構相對於光闌80對稱，有效地降低慧差的影響；同時限制經過第二透鏡組20的光線進入第三透鏡組30的光通量，並讓經過第三透鏡組30後的光錐更加對稱，使所述變焦鏡頭100的彗差(coma)得以修正。

所述變焦鏡頭100滿足以下條件式：(1)-0.15<L3/Lt<-0.35

其中，L3為所述變焦鏡頭100從廣角端到望遠端的變焦過程中， 所述第三透鏡組30在光軸上的移動向量，且所述第三透鏡組30從物端到像端的移動向量為正值，從像端到物端的移動向量為負值；Lt為所述變焦鏡頭100在望遠端時沿光軸方向的總長度。在所述變焦鏡頭100沿其光軸方向的總長度相同的條件下，所述變焦鏡頭100從廣角端至望遠端的變焦過程中，所述第三透鏡組30的移動量過大，會導致所述第二透鏡組20的光焦度過大，使得光束通過所述第二透鏡組20時產生太大的光束轉折，會造成所述變焦鏡頭100產生太大的慧差而難以修正。若所述第三透鏡組30移動量過小，則會導致所述變焦鏡頭100處於望遠端時所述第一透鏡組10與所述第二透鏡組20的間距加大，會導致所述第二透鏡組20與所述第三透鏡組30距離太近而產生機械干涉。在本實施方式中，L3=-10.43mm，Lt=49mm，L3/Lt=-0.213。

優選地，為了光學性能更好，所述變焦鏡頭100需滿足以下條件式：(2)0.165<f3/ft<0.3

其中，f3為所述第三透鏡組30的有效焦距；ft為所述變焦鏡頭100在望遠端的有效焦距。在所述變焦鏡頭100在光軸方向的總長度相同的條件下，若所述第三透鏡組30的光焦度過大，則需增加所述第二透鏡組20的光焦度，以維持所述變焦鏡頭100的有效焦距與變焦倍率，而所述第二透鏡組20的光焦度增加，會造成所述變焦鏡頭100產生太大的慧差而難以補正。若所述第三透鏡組30的光焦度過小，則需增加所述第四透鏡組40的光焦度，以維持所述變焦鏡頭100的有效焦距與變焦倍率，而所述第四透鏡組40的 光焦度增大，會造成所述變焦鏡頭100產生較大的像差，且使得所述變焦鏡頭100處於廣角端時，所述第三透鏡組30與所述第四透鏡組40間距過於接近，容易產生機構干涉。在本實施方式中，f3=7.99mm,ft=36.33mm，f3/ft=0.22。

優選地，為了使厚度更薄，所述變焦鏡頭100還需滿足以下條件式：(3)1.3<(T1+T2+T3+T4)/DIM<1.9

其中，T1為所述第一透鏡組10在光軸方向上的總厚度；T2為所述第二透鏡組20在光軸方向上的總厚度；T3為所述第三透鏡組30在光軸方向上的總厚度；T4為所述第四透鏡組40在光軸方向上的總厚度；DIM為所述變焦鏡頭100的最大成像圓的直徑。在本實施方式中，T1=3.97mm,T2=4.495mm,T3=2.184mm,T4=1.81mm，DIM=7.79mm，(T1+T2+T3+T4)/DIM=1.599。

以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面的非球面面型運算式為：

其中，c為鏡面表面中心的曲率，為從光軸到透鏡表面的高度，k是二次曲面係數，為第i階的非球面面型係數。通過將表1至表4(請參閱下文)的資料代入上述運算式，可獲知透鏡表面的非球面形狀。

所述變焦鏡頭100的各光學元件滿足表1、表2及表3的條件。下列表(一)中分別列有由物端到像端依序編號的光學面號碼(Surface #)、R為各透鏡的光學表面的曲率半徑、D為為對應表面到後一個表面的軸上距離(兩個表面截得光軸的長度)、Nd為對應透鏡組對d光(波長為587納米)的折射率，Vd為d光在對應透鏡組的阿貝數(abbe number)，f為所述變焦鏡頭100的有效焦距；F number為所述變焦鏡頭100的光圈數；2 ω為所述變焦鏡頭100的視場角。

表2

表4

本實施方式的變焦鏡頭100處於廣角端時，其像差、場曲及畸變分別如圖2到圖4所示。圖2中，分別為針對F線(波長為486 nm)，d線(波長為587 nm)，C線(波長為656 nm)而觀察到的像差值曲線。總體而言，本實施方式的變焦鏡頭100對可見光(波長範圍在400 nm-700 nm之間)產生的像差值控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖3中，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖4中，曲線dis為畸變特性曲線。由圖可知，畸變量被控制在(-20%,20%)範圍內。由此可見，所述變焦鏡頭100處於廣角端時的球面像差、場曲、畸變都能被控制(修正)在較小的範圍內。可以理解，雖然在本實施方式中，所述變焦鏡頭100處於廣角端時，畸變量在(-20%,20%)範圍內，但可以利用影像處理技術進行修正。

本實施方式的變焦鏡頭100處於望遠端時，其像差、場曲及畸變分別如圖5到圖7所示。圖5中，分別為針對F線(波長為486nm)，d線(波長為587 nm)，C線(波長為656 nm)而觀察到的像差值曲線。總體而言，本實施方式的變焦鏡頭100對可見光(波長範圍在400 nm-700 nm之間)產生的像差值控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖6中，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.5mm,0.5mm)範圍內。圖7中，曲線dis為畸變特性曲線。由圖可知，畸變量被控制在(-5%,5%)範圍內。由此可見，所述變焦鏡頭100處於望遠端時的球面像差、場曲、畸變都能被控制(修正)在較小的範圍內。

相較於先前技術，本發明的變焦鏡頭，不僅可具有較高的變焦倍率，而且在光軸方向的厚度被大大減小。

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‧‧‧變焦鏡頭

10‧‧‧第一透鏡組

11‧‧‧第一透鏡

S1‧‧‧第一物側表面

S2‧‧‧第一像側表面

12‧‧‧第二透鏡

S3‧‧‧第二物側表面

S4‧‧‧第二像側表面

20‧‧‧第二透鏡組

21‧‧‧第三透鏡

S5‧‧‧第三物側表面

S6‧‧‧第三像側表面

22‧‧‧第四透鏡

S7‧‧‧第四物側表面

S8‧‧‧第四像側表面

23‧‧‧第五透鏡

S9‧‧‧第五物側表面

S10‧‧‧第五像側表面

30‧‧‧第三透鏡組

31‧‧‧第六透鏡

S11‧‧‧第六物側表面

S12‧‧‧第六像側表面

32‧‧‧第七透鏡

S13‧‧‧第七物側表面

S14‧‧‧第七像側表面

40‧‧‧第四透鏡組

41‧‧‧第八透鏡

S15‧‧‧第八物側表面

S16‧‧‧第八像側表面

50‧‧‧影像感測器

51‧‧‧成像面

60‧‧‧濾光片

S17‧‧‧第九物側表面

S18‧‧‧第九像側表面

70‧‧‧保護玻璃

S19‧‧‧第十物側表面

S20‧‧‧第十像側表面

80‧‧‧光闌

Claims (9)

1. 一種變焦鏡頭，其包括沿其光軸方向從物端到像端依次排列的一個具有正光焦度的第一透鏡組、一個具有負光焦度的第二透鏡組、一個具有正光焦度的第三透鏡組、一個具有正光焦度的第四透鏡組，所述第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組及第四透鏡組在變焦過程中都能夠沿光軸方向移動，以實現變焦，所述變焦鏡頭滿足以下條件式：(1)-0.15<L3/Lt<-0.35 (2)1.3<(T1+T2+T3+T4)/DIM<1.9其中，L3為所述變焦鏡頭從廣角端到望遠端的變焦過程中，所述第三透鏡組在光軸上的移動向量，且所述第三透鏡組從物端到像端的移動向量為正值，從像端到物端的移動向量為負值；Lt為所述變焦鏡頭在望遠端時沿光軸方向的總長度；T1為所述第一透鏡組在光軸方向上的總厚度；T2為所述第二透鏡組在光軸方向上的總厚度；T3為所述第三透鏡組在光軸方向上的總厚度；T4為所述第四透鏡組在光軸方向上的總厚度；DIM為所述變焦鏡頭的最大成像圓的直徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述變焦鏡頭還滿足以下條件式：0.165<f3/ft<0.3其中，f3為所述第三透鏡組的有效焦距；ft為所述變焦鏡頭在望遠端的有效焦距。
3. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第一透鏡組包括沿光軸方向從物端到像端依次排列的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。
4. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第二透鏡組包括沿光軸方向從物端到像端依次排列的一個具有負光焦度的第三透鏡、一個具有負光焦度的第四透鏡及一個具有正光焦度的第五透鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第三透鏡組包括沿光軸方向從物端到像端依次排列的一個具有正光焦度的第六透鏡與一個具有負光焦度的第七透鏡。
6. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第四透鏡組包括沿光軸方向從物端到像端依次排列的一個具有正光焦度的第八透鏡。
7. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述變焦鏡頭還包括一個影像感測器，所述影像感測器位於所述第四透鏡組的像側，所述影像感測器包括一成像面，所述成像面面向所述第四透鏡組。
8. 如申請專利範圍第7項所述的變焦鏡頭，其中，所述變焦鏡頭還包括一個濾光片，所述濾光片位於所述成像面與所述第四透鏡組之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述變焦鏡頭還包括一個光闌，所述光闌位於所述第二透鏡組與所述第三透鏡組之間。