TWI428627B

TWI428627B - 變焦鏡頭系統

Info

Publication number: TWI428627B
Application number: TW99137065A
Authority: TW
Inventors: Hai Jo Huang; fang ying Peng; Sheng An Wang; Xiao-Na Liu
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-03-01
Also published as: TW201217830A

Description

變焦鏡頭系統

本發明涉及一種變焦鏡頭系統。

近年來，隨著多媒體的發展，數位產品等使用CCD(Charged Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固體成像器件作為攝像元件的需求越來越大，由於這些固體成像器件如CCD或者CMOS的工藝技術提高，已經能夠製作出每個畫素只有幾個微米大小的成像器件。由此又要求和上述成像器件配套的變焦鏡頭系統做到小型化。

變焦鏡頭系統小型化的途徑之一是提高變焦比，但是現有的變焦鏡頭系統，在變焦比要求較高時，對像差的矯正就變得困難，從而使得變焦鏡頭系統在滿足小型化的同時成像的品質較差。

有鑒於此，有必要提供一種滿足小型化的同時成像品質較好的變焦鏡頭系統。

一種變焦鏡頭系統，沿其光軸從物側到像側方向依次包括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、一個正光焦度的第四透鏡組及一個成像面，所述第一透鏡組及所述第三透鏡組在變焦過程中沿光軸方向固定，所述第二透鏡組及所述第四透鏡組在變焦過程中沿光軸移動。該變焦鏡頭系統滿足條件式5<f3/f4<8.2、2.1<|f2/fw|<3.2、0.2<M2/L<0.4，其中，f2為第二透鏡組的有效焦距，f3為第三透鏡組的有效焦距，f4為第四透鏡組的有效焦距，fw為變焦鏡頭系統處於廣角端狀態下的有效焦距，M2為變焦鏡頭系統從廣角端到望遠端時第二透鏡組沿光軸的最大移動量，L為變焦鏡頭系統總長。

在滿足條件式的情況下，所述變焦鏡頭系統具有一較短的長度，從而滿足變焦鏡頭系統小型化的要求，同時確保第二、三及四透鏡組的光焦度在變焦鏡頭系統中的比例，以降低球差，提高成像品質。

100‧‧‧變焦鏡頭系統

10‧‧‧第一透鏡組

11‧‧‧第一透鏡

12‧‧‧第二透鏡

13‧‧‧第三透鏡

14‧‧‧第四透鏡

20‧‧‧第二透鏡組

21‧‧‧第五透鏡

22‧‧‧第六透鏡

23‧‧‧第七透鏡

30‧‧‧第三透鏡組

40‧‧‧第四透鏡組

41‧‧‧第九透鏡

42‧‧‧第十透鏡

43‧‧‧第十一透鏡

50‧‧‧光闌

60‧‧‧濾光片

70‧‧‧成像面

圖1為本發明提供的變焦鏡頭系統示意圖；圖2為圖1的變焦鏡頭系統在廣角狀態的場曲圖；圖3為圖1的變焦鏡頭系統在廣角狀態的畸變圖；圖4為圖1的變焦鏡頭系統在廣角狀態的球差圖；圖5為圖1的變焦鏡頭系統在中間焦距狀態的場曲圖；圖6為圖1的變焦鏡頭系統在中間焦距狀態的畸變圖；圖7為圖1的變焦鏡頭系統在中間焦距狀態的球差圖；圖8為圖1的變焦鏡頭系統在望遠狀態的場曲圖；圖9為圖1的變焦鏡頭系統在望遠狀態的畸變圖；圖10為圖1的變焦鏡頭系統在望遠狀態的球差圖。

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，為本發明提供的變焦鏡頭系統100。沿該變焦鏡頭系統100的光軸從物側到像側方向依次包括一個正光焦度的第一透鏡組10、一個負光焦度的第二透鏡組20、一個光闌50、一個正光焦度的第三透鏡組30、一個正光焦度的第四透鏡組40、及一個濾光片60。變焦鏡頭系統100在像側具有一個成像面70。

當所述變焦鏡頭系統100用於成像時，來自被攝物的光線從物側方向射入所述變焦鏡頭系統100並依次經過所述第一透鏡組10、第二透鏡組20、光闌50、第三透鏡組30及第四透鏡組40，最終通過所述濾光片60匯聚到所述成像面70上，通過將CCD或CMOS等固體成像器件置於所述成像面70處，即可獲取該被攝物的像。當所述變焦鏡頭系統100進行變焦操作時，所述第一透鏡組10沿光軸方向固定，所述第二透鏡組20沿光軸移動，所述第三透鏡組30沿光軸方向固定，所述第四透鏡組40沿光軸移動，以補償變焦過程及物距變化所造成的成像面位置變動。另外，當所述變焦鏡頭系統100由廣角狀態切換至望遠狀態時，所述第二透鏡組20與所述第一透鏡組10之間的間距會增加。

本實施方式中，所述第一透鏡組10從從物側到像側依次包括由第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13及第四透鏡14。其中，所述第一透鏡11是凸面面向所述物側的凹彎月透鏡，所述第二透鏡12是凸透鏡，所述第一透鏡11與所述第二透鏡12膠合在一起組成膠合透鏡。所述第三透鏡13是凸面面向所述物側的凸彎月透鏡。所述第四透鏡14是一球面玻璃鏡片，具體地，所述第四透鏡14是凸面面向所述物側的凸彎月玻璃透鏡。通過在所述第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13後增加所述球面玻璃的第四透鏡14，能夠適當地補償第一透鏡組10在中間焦距狀態及望遠狀態時產生的球面像差，從而有效提升變焦鏡頭系統100的影像解析能力。

所述第二透鏡組20從所述物側到像側依次包括第五透鏡21、第六透鏡22及第七透鏡23。所述第五透鏡21是凸面面向所述物側的凹彎月透鏡，所述第六透鏡22是負光焦度透鏡，所述第七透鏡23是正光焦度透鏡。所述第六透鏡22與所述第七透鏡23膠合在一起組成膠合透鏡。

為了實現整個變焦鏡頭系統100的低高度及低球差，該變焦鏡頭系統100滿足以下條件式：(1)5<f3/f4<8.2；及(2)2.1<|f2/fw|<3.2，f2為所述第二透鏡組20的有效焦距；f3為所述第三透鏡組30的有效焦距；f4為所述第四透鏡組40的有效焦距；fw為所述變焦鏡頭系統100處於廣角端狀態下的有效焦距。由於所述變焦鏡頭系統100中所述第三透鏡組30光焦度過小會導致球差難以充分補償，所述第四透鏡組40光焦度過小則會導致第四透鏡組40變焦時移動距離過長，不利於縮短鏡頭總長，且望遠端的後焦會過短。另外，所述變焦鏡頭系統100中所述第二透鏡組20的光焦度過大會導致組裝敏感度過大，容易因組裝偏心等因素使解析大幅下降，若所述第二透鏡組20光焦度過小則會導致所述第二透鏡組20於變焦時移動距離過長，不利於縮短鏡頭總長。而條件式(1)及條件式 (2)中分別給出了所述第三透鏡組30有效焦距與所述第四透鏡組40的焦距之間的關係，所述第二透鏡組20與所述變焦鏡頭系統100處於廣角端狀態下的有效焦距之間的關係，通過上述兩個條件式的限定，能夠確保所述變焦鏡頭系統100提高成像品質的同時，能夠縮短變焦鏡頭系統100整體的長度。

優選地，所述第一透鏡組10滿足條件式：(3)70<V2；其中V2表示所述第二透鏡的阿貝數，以更好的補正望遠狀態時的橫向色差。

優選地，所述第二透鏡組20還滿足條件式：(4)0.2<M2/L<0.4；其中M2為變焦鏡頭系統從廣角狀態切換到望遠狀態時第二透鏡組沿光軸的最大移動量，L為變焦鏡頭系統總長，即第一透鏡11靠近物側的表面到所述成像面70的距離。因為高變焦比的鏡頭，若第二透鏡組20變焦時移動距離過短，則必須提高第二透鏡組20的光焦度，從而會造成組裝敏感度增加。若移動距離過長，一方面增加變焦鏡頭系統100總長，另一方面也增加了變焦時像面彎曲與球差的變化量。通過上述條件式(4)可以降低變焦鏡頭系統100的組裝敏感度，減少變焦鏡頭系統100的長度及降低變焦時像面彎曲與球差的變化量。

所述第三透鏡組30為第八透鏡，所述第三透鏡組30是凸面面向所述物方的凸彎月透鏡，所述第三透鏡組30包含至少一個由非球面形成的表面。本實施方式中，所述第三透鏡組30包含兩個由非球面形成的表面，可以消除球差、慧差及像散，提升成像品質。優選地，所述第三透鏡組30採用塑膠鏡片以降低變焦鏡頭系統100的成本。

所述第四透鏡組40從所述物側依次包括第九透鏡41、第十透鏡42及第十一透鏡43。所述第九透鏡41是正光焦度透鏡，所述第九透鏡41包括至少一個由非球面形成的表面。本實施方式中，所述第九透鏡41包括兩個由非球面形成的表面，從而可以消除球差、慧差及像散，提升成像品質。所述第十透鏡42是負光焦度透鏡，所述第十一透鏡43是正光焦度透鏡，所述第十透鏡42與所述第十一透鏡43膠合在一起組成膠合透鏡。由於所述第九透鏡41沒有與所述第十透鏡42與所述第十一透鏡43膠合，所以可以降低膠合步驟中因膠合不準確造成的產品報廢的風險。

優選地，所述第二透鏡組20滿足條件式：(5)45<(V6-V7)，其中，其中V6、V7表示所述第六及第七透鏡的阿貝數，以更好的補正望遠狀態時的橫向色差。

所述光闌50位於第二透鏡組20與第三透鏡組30之間，以限制經過所述第二透鏡組20的光線進入所述第三透鏡組30的光通量，並讓經過所述第二透鏡組20後的光錐能更加對稱，使所述變焦鏡頭系統100的慧差得以修正。優選地，所述光闌50設置於所述第三透鏡組30靠近物側的表面上，從而可減少所述變焦鏡頭系統100的元件數量，降低所述變焦鏡頭系統100組裝的複雜度。實際操作時，可以直接將所述第三透鏡組30的靠近物側的表面上一週邊環狀區域塗黑以當作光闌50。所述濾光片60位於所述第四透鏡組40與所述成像面70之間，主要用於濾除進入所述變焦鏡頭系統100光線中的位於紅外波段的光線。

可以理解，所述變焦鏡頭系統100的第二透鏡組20及第四透鏡組40都採用低色散材料製成。本實施方式中，第二透鏡組20及第四透鏡組40均由玻璃製成。

下面請參照圖2至圖10，以具體實施方式來詳細說明本發明的變焦鏡頭系統100。

以下實施方式中，所述第三透鏡組30及所述第九透鏡41的兩個表面均採用非球面。

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是二次曲面係數，A _i為第i階的非球面面型係數，c為鏡面表面中心的曲率。

該變焦鏡頭系統100各光學元件滿足表1、表2、表3和表4的條件。表1至表4中各參數的含義如下：f：變焦鏡頭系統100的有效焦距；D7：第一透鏡組10與第二透鏡組20的表面間距，即第四透鏡14像側表面與第五透鏡21物側表面之間的距離； D12：第二透鏡組20與第三透鏡組30的表面間距，即第七透鏡23像側表面與第三透鏡組30物側表面之間的距離；D15：第三透鏡組30與第四透鏡組40的表面間距，即第三透鏡組30像側表面與第九透鏡41物側表面之間的距離；D20：第四透鏡組40與濾光片60的表面間距，即第十一透鏡43像側表面與濾光片60物側表面之間的距離；FNo：F數；2 ω：視場角。

表3

所述變焦鏡頭系統100在廣角狀態的場曲、畸變及球差分別如圖2到圖4所示。圖2中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖3中的畸變率控制在(-5%,5%)範圍內。圖4中，針對d線(λ值588nm)而觀察到的球差值。總體而言，本實施方式的變焦鏡頭系統100對可見光產生的球差值在(-0.03mm,0.03mm)範圍內。由此可見，變焦鏡頭系統100在廣角狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。

所述變焦鏡頭系統100在中間焦距狀態的場曲、畸變及球差分別如圖5到圖7所示。圖5中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖6中的畸變率控制在(-1%,1%)範圍內。圖7中，針對d線(λ值588nm)而觀察到的球差值。總體而言，本實施方式的變焦鏡頭系統100對可見光產生的球差值在(-0.03mm,0.03mm)範圍內。由此可見，變焦鏡頭系統100在中間焦距狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。

所述變焦鏡頭系統100在望遠狀態的場曲、畸變及球差分別如圖8到圖10所示。圖8中的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.2mm,0.2mm)範圍內。圖9中的畸變率控制在(-2%,2%)範圍內。圖10中，針對d線(λ值588nm)而觀察到的球差值。總體而言，本實施方式的變焦鏡頭系統100對可見光產生的球差值在(-0.12mm,0.12mm)範圍內。由此可見，變焦鏡頭系統100在望遠焦距狀態的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。

另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，但是，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。