TWI420139B

TWI420139B - 變焦鏡頭

Info

Publication number: TWI420139B
Application number: TW99138418A
Authority: TW
Inventors: fang ying Peng; Hai Jo Huang; Sheng An Wang; Xiao-Na Liu
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2013-12-21
Also published as: TW201219824A

Description

變焦鏡頭

本發明涉及一種光學技術，尤其涉及一種變焦鏡頭。

隨著科技之不斷發展，電子產品不斷地朝向輕薄短小以及多功能之方向發展，而電子產品中，如數碼相機、電腦等已具備取像裝置之外，甚至移動電話或個人數位輔助器(PDA)等裝置也有加上取像裝置之需求；而為了攜帶方便及符合人性化之需求，取像裝置不僅需要具有良好之成像品質，同時也需要較小與較低之成本，同時能有效提升該取像裝置之應用性。

而由於傳統之球面研磨玻璃透鏡之材質選擇性較多，且對於修正色差較為有利，已廣為業界所使用，但球面研磨玻璃透鏡應用在數值孔徑(F Number)較小以及視角(Wide-angle)較大之情況時，球差等像差之修正較困難。而為了改善上述傳統之球面研磨玻璃透鏡之缺點，目前之取像裝置已有使用非球面塑膠透鏡或使用非球面模造玻璃片，以獲得較佳之成像品質，但係上述之光學取像裝置之結構，鏡頭長度過大，使取像裝置無法具有較小體積或較低成本，不易滿足電子產品輕薄短小之要求。

有鑒於此，有必要提供一種成像品質好且利於小型化之變焦鏡頭。

一種變焦鏡頭，從物側至像側依次包括：一第一透鏡組、一第二透鏡組、一第三透鏡組。所述第一透鏡組包括一具有負光焦度之第一透鏡及一具有正光焦度之第二透鏡。所述第二透鏡組包括一具有正光焦度之第三透鏡、一具有正光焦度之第四透鏡、及一具有負光焦度之第五透鏡。所述第四透鏡與第五透鏡相膠合。所述第三透鏡組包括至少一具有正光焦度之第六透鏡。該變焦鏡頭滿足以下條件式：(1)0.35<f2/f3<0.7；(2)1.8<|f45/Fw|<3；(3)0.5<|f1|/Ft<0.9；(4)0.7<f3/Ft<1.2，其中，f1為第一透鏡組之有效焦距；f2為第二透鏡組之有效焦距；f3為第三透鏡組之有效焦距；f45為第四與第五膠合透鏡之有效焦距；Fw為所述變焦鏡頭在廣角端之有效焦距；Ft為所述變焦鏡頭在攝遠端之有效焦距。滿足上述條件之變焦鏡頭，成像品質好且利於小型化。

100、100a‧‧‧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

30‧‧‧第三透鏡組

31‧‧‧第六透鏡

40‧‧‧光闌

50‧‧‧濾光片

60‧‧‧保護玻璃

70‧‧‧成像面

S1~S15‧‧‧第一表面至第十五表面

圖1為本發明第一實施方式變焦鏡頭之結構示意圖；圖2為圖1之變焦鏡頭在廣角端之非球面像差圖；圖3為圖1之變焦鏡頭在廣角端之場曲圖；圖4為圖1之變焦鏡頭在廣角端之畸變圖；圖5為圖1之變焦鏡頭在攝遠端之非球面像差圖；圖6為圖1之變焦鏡頭在攝遠端之場曲圖；圖7為圖1之變焦鏡頭在攝遠端之畸變圖；圖8為本發明第二實施方式之變焦鏡頭之結構示意圖；圖9為圖8之變焦鏡頭在廣角端之非球面像差圖；圖10為圖8之變焦鏡頭在廣角端之場曲圖；圖11為圖8之變焦鏡頭在廣角端之畸變圖；圖12為圖8之變焦鏡頭在攝遠端之非球面像差圖；圖13為圖8之變焦鏡頭在攝遠端之場曲圖；圖14為圖8之變焦鏡頭在攝遠端之畸變圖。

下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，其為本發明第一實施方式所提供之變焦鏡頭100。該變焦鏡頭100從物側至像側(近成像面)依次包括：一具有負光焦度且可沿該變焦鏡頭100之光軸移動之第一透鏡組10、一具有正光焦度且可沿該變焦鏡頭100之光軸移動之第二透鏡組20、一具有正光焦度且可沿該變焦鏡頭100之光軸移動之第三透鏡組30、一濾光片50、一保護玻璃60及一成像面70。

所述第一透鏡組10包括一具有負光焦度之第一透鏡11及一具有正光焦度之第二透鏡12。所述第一透鏡11從物側至像側包括靠近物側之第一表面S1以及靠近像側之第二表面S2。所述第二透鏡12從物側至像側包括靠近物側之第三表面S3以及靠近像側之第四表面S4。所述第一透鏡11與第二透鏡12之間間隔設置，以使所述第一透鏡11與第二透鏡12之間可以設置一遮光片來吸收雜散光，以減少鬼影之產生。所述第一透鏡11由玻璃材料製成，所述第二透鏡12由塑膠製成。

所述第二透鏡組20包括一具有正光焦度之第三透鏡21、一具有正光焦度之第四透鏡22、及一具有負光焦度之第五透鏡23。所述第三透鏡21從物側至像側包括靠近物側之第五表面S5以及靠近像側之第六表面S6。所述第四透鏡22與第五透鏡23相膠合。所述第四透鏡22從物側至像側包括靠近物側之第七表面S7以及靠近像側之第八表面S8。所述第五透鏡23從物側至像側包括所述第八表面S8以及靠近像側之第九表面S9。

所述第三透鏡組30，包括至少一具有正光焦度之第六透鏡31。所述第六透鏡31從物側至像側包括靠近物側之第十表面S10以及靠近像側之第十一表面S11。

所述變焦鏡頭100還包括一設置於第二透鏡組20與第三透鏡組30之間之光闌40(Aperture stop)，以保證變焦鏡頭100之整體結構相對於光闌40對稱，有效地降低慧差(coma)之影響；同時限制經過第二透鏡組20之光線進入第三透鏡組30之光通量，並讓經過第二透鏡組20後之光錐更加對稱，使變焦鏡頭100之彗差得以修正。所述光闌40可與所述第二透鏡組20一起沿該變焦鏡頭100之光軸移動。

所述濾光片50從物側至像側包括靠近物側之第十二表面S12以及靠近像側之第十三表面S13。

所述保護玻璃60從物側至像側包括靠近物側之第十四表面S14以及靠近像側之第十五表面S15。

本實施方式之變焦鏡頭100可應用於照相機或攝像機。所述變焦鏡頭100滿足以下條件式：(1)0.35<f2/f3<0.7；(2)1.8<|f45/Fw|<3；(3)0.5<|f1|/Ft<0.9；(4)0.7<f3/Ft<1.2。

其中，f1為第一透鏡組10之有效焦距；f2為第二透鏡組20之有效焦距；f3為第三透鏡組30之有效焦距；f45為第四與第五膠合透鏡之有效焦距；Fw為所述變焦鏡頭100在廣角端之有效焦距；Ft為所述變焦鏡頭100在攝遠端之有效焦距。

滿足條件式(1)可有效限制第二透鏡組20之焦距長度。當f2/f3大於0.35時，可縮短變焦行程，並使該變焦鏡頭100之總長度得以縮短，實現系統小型化；並且當f2/f3小於0.7，其色差易於補償，得到良好之成像品質。優選地，所述f2/f3之比值為0.46或0.6。

滿足條件式(2)可使該變焦鏡頭100在廣角端及攝遠端之橫向色差可得到較佳之補償。優選地，所述|f45/Fw|之比值為2.67或2.2。

滿足條件式(3)可使該變焦鏡頭100在廣角端之攝像角度達到廣角且使第一透鏡組10之外徑不會過大，實現系統薄型化。優選地，所述|f1|/Ft之比值為0.65或0.75。

滿足條件式(4)可使變焦鏡頭100滿足廣視角之要求，並控制變焦鏡頭100全長。優選地，所述f3/Ft之比值為1.01或0.845。

優選地，變焦鏡頭100還滿足以下條件：(5)3.3<(N1+N2)<3.56；(6)16<(V1-V2)<28。

其中，N1為第一透鏡11之折射率；N2為第二透鏡12之折射率；V1為第一透鏡11之阿貝數；V2為第二透鏡12之阿貝數。當其滿足條件式(5)時，可適度之修正像面彎曲及像差。優選地，所述(N1+N2)之值為3.41或3.43。滿足條件式(6)可使該變焦鏡頭100在廣角端及攝遠端之橫向色差可得到較佳之補償。優選地，所述(V1-V2)之值為19.9或23.4。

優選地，變焦鏡頭100還滿足以下條件：(7)3.4<(N4+N5)；(8)3<(V4-V5)<13。

其中，N4為第四透鏡22之折射率；N5為第五透鏡23之折射率；V4為第四透鏡22之阿貝數；V5為第五透鏡23之阿貝數。當其滿足條件式(7)時，可適度之修正像面彎曲及像差。優選地，所述(N4+N5)之值為3.47或3.5。滿足條件式(8)可使該變焦鏡頭100在廣角端及攝遠端之橫向色差可得到較佳之補償。優選地，所述(V4-V5)之值為7.4或4.9。

優選地，變焦鏡頭100還滿足以下條件：(9)0.6<M2/Ft<0.7；(10)0.008<L12t/Ft<0.036。

其中，M2為變焦鏡頭100從廣角端到攝遠端時之第二透鏡組20沿光軸之最大移動量；L12t為變焦鏡頭100處於攝遠端時，第一透鏡組10之第二透鏡12之像側面與第二透鏡組20之第三透鏡21之物側面之間之距離(也即，第四表面S4與第五表面S5)。滿足條件式(9)可維持變焦行程較短，仍使其可維持高變倍比。優選地，所述M2/Ft之比值為0.66或0.639。滿足條件式(10)可使變焦鏡頭100滿足廣視角之要求，並控制變焦鏡頭100全長。優選地，所述L12t/Ft之比值為0.013或0.031。

以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面之非球面面型運算式為：

其中，c為鏡面表面中心之曲率，為從光軸到透鏡表面之高度，k係二次曲面係數，A _i為第i階之非球面面型係數。藉由將表1至表4(請參閱下文)之資料代入上述運算式，可獲知透鏡表面之非球面形狀。

本實施方式中，變焦鏡頭100之各光學元件滿足表1、表2及表3之條件，其中i表示從物側開始之第i個透鏡表面；ri表示從物側開始之第i個透鏡表面之曲率半徑；Di表示從物側開始之第i個透鏡表面至第i+1個透鏡表面間之軸向距離；ni表示從物側開始之第i個透鏡表面之折射率；vi表示從物側開始之第i個透鏡表面之阿貝數；ki表示從物側開始之第i個透鏡表面之二次曲率。

表1

表3示出了表1中每個可變間距D4、D10、D12分別在廣角端(f=4.21mm)、中間焦距(f=8.91mm)、和攝遠端(f=15.96mm)之值。f為變焦鏡頭100之有效焦距。F number為變焦鏡頭100之光圈數；FOV(2w)為變焦鏡頭100之攝像角度。

在廣角端所述變焦鏡頭100之像差、場曲、畸變及色差分別如圖2及圖4所示。圖2中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之像差值曲線，產生之像差值控制在(-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(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.5mm,0.5mm)範圍內。而圖4中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-20%,20%)範圍內，可利用影像方式補正。

在攝遠端所述變焦鏡頭100之像差、場曲、畸變及色差分別如圖5至圖7所示。圖5中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之球差值，產生之像差值控制在(-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(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.5mm,0.5mm)範圍內。而圖7中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-5%,5%)範圍內。綜上由此可見，變焦鏡頭100廣角端及攝遠端其像差、場曲、畸變都能被控制(修正)在較小之範圍內。

所述變焦鏡頭100可縮短變焦行程，並使其光學總長得以縮小，實現系統小型化，且其色差易於補償，得到良好之成像品質。

第二實施方式

請參閱圖8，第二實施方式中之變焦鏡頭100a與第一實施方式之變焦鏡頭100結構基本相同，其區別在於：第二實施方式之變焦鏡頭100a之各光學元件滿足表4、表5及表6之條件。

表4

表6

表6示出了表4中每個可變間距D4、D10、D12分別在廣角端(f=4.2mm)、中間焦距(f=8.9mm)、和攝遠端(f=15.96mm)之值。f為變焦鏡頭100a之有效焦距。F number為變焦鏡頭100之光圈數；FOV(2w)為變焦鏡頭100之攝像角度。

在廣角端所述變焦鏡頭100a之像差、場曲、畸變及色差分別如圖9至圖11所示。圖9中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之像差值曲線，產生之像差值控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖10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(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.5mm,0.5mm)範圍內。而圖11中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-20%,20%)範圍內，可利用影像方式補正。

在攝遠端所述變焦鏡頭100之像差、場曲、畸變及色差分別如圖12至圖14所示。圖12中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之球差值，產生之像差值控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖13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(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.5mm,0.5mm)範圍內。而圖14中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-20%,20%)範圍內。綜上由此可見，變焦鏡頭100a廣角端、中間焦距及攝遠端其像差、場曲、畸變都能被控制(修正)在較小之範圍內。

所述變焦鏡頭100a可縮短變焦行程，並使其光學總長得以縮小，實現系統小型化，且其色差易於補償，得到良好之成像品質。

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‧‧‧變焦鏡頭