TWI440923B

TWI440923B - 變焦鏡頭

Info

Publication number: TWI440923B
Application number: TW100112664A
Authority: TW
Inventors: Hsiang Ho Chou
Original assignee: Ability Entpr Co Ltd
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2014-06-11
Also published as: TW201241503A; US20120262799A1

Description

變焦鏡頭

本發明係有關一種變焦鏡頭，特別是有關於一種輕薄化、成本低、高變焦倍率且成像品質佳的變焦鏡頭。

習知之影像擷取裝置，例如數位相機或數位攝影機，多是藉由結合鏡頭模組和影像感測器來使待攝物的影像成像，主要是利用鏡頭模組讓來自待攝物的光束產生折射，使待攝物的影像聚集在影像感測器上，經由影像感測器將類比的光訊號轉換為數位電子訊號，其後再進行後續的影像處理、儲存及傳輸。

影像擷取裝置的鏡頭模組通常是由複數透鏡(Lens)或稜鏡(Prism)所組成，為了減少鏡片的成本及整體的重量，以提高市場的競爭優勢，通常在光學設計上會盡可能地利用塑膠透鏡來取代玻璃透鏡。然而，由於塑膠材料本身存在容易吸收水氣及光吸收率高的缺點，在使用塑膠透鏡降低成本的同時，可能無法兼顧鏡頭模組的輕薄化及高倍率的成像品質。

有鑑於此，亟需提出一種新的變焦鏡頭，以達到降低製造成本，並同時實現變焦鏡頭輕薄化及高變焦倍率之成像品質的目的。

本發明實施例的目的之一在於提出一種變焦鏡頭，在降低製造成本的前提下，同時實現輕薄化及高變焦倍率之成像品質的變焦鏡頭。

根據上述目的，本發明實施例提供一種變焦鏡頭，自物側至像側主要包含：一具有正屈光度的第一透鏡群、一具有負屈光度的第二透鏡群、一具有正屈光度的第三透鏡群、一具有正屈光度的第四透鏡群，及一具有負屈光度的第五透鏡群，其中該第二透鏡群、該第四透鏡群及該第五群透鏡彼此相對移動，以使該變焦鏡頭於廣角端及望遠端之間對焦。

藉此，本發明的變焦鏡頭，能在降低成本、輕薄化的條件下，產生比習知變焦鏡頭更優質的影像品質。

ZL‧‧‧變焦鏡頭

L12‧‧‧第二透鏡

G1‧‧‧第一透鏡群

G2‧‧‧第二透鏡群

G3‧‧‧第三透鏡群

G4‧‧‧第四透鏡群

G5‧‧‧第五透鏡群

OA‧‧‧光軸

S‧‧‧光闌

F‧‧‧濾光片

I‧‧‧成像面

C‧‧‧平板玻璃

L11‧‧‧第一透鏡

L13‧‧‧第三透鏡

L21‧‧‧第一透鏡

L22‧‧‧第二透鏡

L23‧‧‧第三透鏡

L31‧‧‧第一透鏡

L41‧‧‧第一透鏡

L42‧‧‧第二透鏡

L43‧‧‧第三透鏡

L51‧‧‧第一透鏡

P‧‧‧稜鏡

第一A圖與第一B圖分別顯示本發明較佳實施例之變焦鏡頭在廣角端及望遠端之各透鏡的位置。

第二A圖至第二B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭在廣角端與望遠端的球面像差特性曲線。

第三A圖與第三B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭在廣角端與望遠端的場曲特性曲線。

第四A圖與第四B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭在廣角端與望遠端的畸變特性曲線。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。

第一A圖與第一B圖分別顯示本發明較佳實施例之變焦鏡頭ZL在廣角端(Wide)及望遠端(Tele)之各透鏡的位置。為顯現本實施例之特徵，僅顯示與本實施例有關之結構，其餘結構均予以省略。本實施例所例示之變焦鏡頭ZL，可應用於具有投影或攝像功能之一裝置上，如數位相機、數位攝影機、照相手機或投影機。

如第一A圖及第一B圖所示，在本實施例，變焦鏡頭ZL主要包含五透鏡群及成像面I，自物側(object side)至像側(image-forming side)依序為第一透鏡群G1、第二透鏡群G2、第三透鏡群G3、第四透鏡群G4及第五透鏡群G5。其中，第一透鏡群G1具有正屈光度，第二透鏡群G2具有負屈光度，第三透鏡群G3具有正屈光度，第四透鏡群G4具有正屈光度，第五透鏡群G5具有負屈光度。

為實現輕薄化、低成本及高變焦倍率之成像品質的需求，變焦鏡頭ZL滿足以下條件：4.0<ft/fw<6.0及2.0<|fG1/fG2|<4.0

其中，fw係變焦鏡頭ZL於廣角端之焦距，ft係變焦鏡頭ZL於望遠端之焦距，fG1係第一透鏡群G1之焦距，而fG2係第二透鏡群G2之焦距。

再如第一A圖及第一B圖所示，變焦鏡頭ZL更包含光軸OA、光闌S及濾光片F。光闌S設置於第三透鏡群G3及第四透鏡群G4之間，用以限制通過第一透鏡群G1、第二透鏡群G2及第三透鏡群G3之光束進入第四透鏡群G4的光通量，並讓通過光闌S後的光束更加對稱；濾光片F設置於第五透鏡群G5及成像面I之間，用以於光束在成像面I成像之前，先濾除不可見光，其中濾光片F可以是一紅外濾光片。此外，成像面I上可採用具有光電轉換功能之影像擷取單元，以接收穿過濾光片F的光束，且在成像面I與濾光片F之間更可增加平板玻璃C，以作為影像擷取單元的保護玻璃(Cover Glass)。

於本實施例中，當變焦鏡頭ZL於由廣角端及望遠端之間作變焦動作時，變焦鏡頭ZL中的第一透鏡群G1、第三群透鏡G3及光闌S的位置維持固定，而第二透鏡群G2、第四透鏡群G4及第五群透鏡G5則沿著光軸OA彼此相對移動，以調整變焦鏡頭ZL的整體焦距，進而改變倍率並修正像差。具體而言，當變焦鏡頭ZL由廣角端至望遠端進行變焦時，第二透鏡群G2、第四透鏡群G4及第五群透鏡G5均向第三群透鏡G3靠近。

同時參考第一A圖及第一B圖，變焦鏡頭ZL中至少包含四塑膠透鏡及四非球面透鏡。具體而言，第一透鏡群G1、第二透鏡群G2、第三群透鏡G3及第五群透鏡G5中各包含一塑膠透鏡及一非球面透鏡，且塑膠透鏡可以是非球面透鏡，亦即，第一透鏡群G1、第二透鏡群G2、第三群透鏡G3及第五群透鏡G5中可各包含一非球面塑膠透鏡。其中塑膠透鏡可以是樹脂或高分子聚合物等材料所製成，特別是由包含聚碳酸脂(polycarbonate)、環烯烴共聚物(例如APEL)，以及聚酯樹脂(例如OKP4或OKP4HT)等材料所製成，但不以此為限；而非球面透鏡則具有至少一非球面表面，且該非球面表面可滿足下列數學式：

其中Z為在光軸OA方向的座標值，以光傳輸方向為正方向，A4、A6、A8、A10及A12為非球面係數，K為二次曲面常數，C=1/R，R為曲率半徑，Y為正交於光軸方向的座標值，以上方為正方向。此外，每一非球面透鏡的非球面數學式(3)的各項參數或係數的值可分別設定，以決定各非球面透鏡的焦距。

實作上，第一透鏡群G1自物側至像側依序包含第一透鏡L11、第二透鏡L12及第三透鏡L13，第一透鏡L11具有負屈光度，第二透鏡L12具有正屈光度，第三透鏡L13具有正屈光度；第二透鏡群G2自物側至像側依序包含第一透鏡L21、第二透鏡L22及第三透鏡L23，第一透鏡L21具有負屈光度，第二透鏡L22具有負屈光度，第三透鏡L23具有正屈光度；第三群透鏡G3包含具有正屈光度之第一透鏡L31；第四透鏡群G4自物側至像側依序包含第一透鏡L41、第二透鏡L42及第三透鏡L43，第一透鏡L41具有正屈光度，第二透鏡L42具有正屈光度，第三透鏡L43具有負屈光度；而第五群透鏡G5包含具有負屈光度之第一透鏡L51。其中，於第一透鏡群G1之第一透鏡L11及第二透鏡L12之間更可包含一稜鏡P。

再者，於本實施例中，變焦鏡頭ZL還滿足以下條件：(4)1.5<PL/fw<2.2

其中，PL係稜鏡的厚度。此外，於本發明之較佳實施例中，上述條件(4)更可以是1.75<PL/fw<2.0。

需特別注意的是，第三透鏡L13、第一透鏡L21、第一透鏡L31及第一透鏡L51可採用兩表面均為非球面的塑膠透鏡，第一透鏡L11、第二透鏡L12、第二透鏡L22、第三透鏡L23、第一透鏡L41、第二透鏡L42及第三透鏡L43則可採用兩面均為球面的硝材透鏡。再者，第二透鏡群G2之第二透鏡L22與第三透鏡L23可膠合成膠合透鏡，且第四透鏡群G4之第二透鏡L42與第三透鏡L43亦可膠合成膠合透鏡，但不用以限定本發明。

具體而言，硝材透鏡是以光學玻璃材料所製成，特別是經由研磨拋光或玻璃模造製程(Glass Molding Process，GMP)而成，且塑膠透鏡可以是以塑膠射出成型而成。

表一列出根據本發明第一圖之變焦鏡頭ZL的詳細資料，包含各透鏡表面代號的曲率半徑、厚度、折射率、阿貝數等。其中鏡片的表面代號是從物側至像側依序編排，例如「S1」代表第一透鏡L11的物側表面，「S2」代表第一透鏡L11的像側表面，「S3」代表稜鏡P的物側表面，之後以此類推，且濾光片F 之物側表面及像側表面分別是「S25」及「S26」，而平板玻璃C之物側及像側表面分別是「S27」及「S28」。

另外，如表二所示，「D1」表示自第一透鏡群G1之像側至第二透鏡群G2之物側的距離、「D2」表示自第二透鏡群G2之像側至第三透鏡群G3之物側的距離、「D3」表示自光闌S之像側至第四透鏡群G4之物側的距離、「D4」表示自第四透鏡群G4之像側至第五透鏡群G5之物側的距離、「D5」表示自第五透鏡群G5之像側至濾光片F之物側的距離。其中「D1」、「D2」、「D3」、「D4」及「D5」依廣角端與望遠端而有所不同。

此外，表三另列示本發明之變焦鏡頭ZL分別於廣角端及望遠端之焦距f、光圈值FNO、視角半角ω、像高Y及總鏡頭長度TL之較佳實施例，其中TL係自第一透鏡群G1之物側至成像面I的光軸長度。

再者，第三透鏡L13、第一透鏡L21、第一透鏡L31及第一透鏡L51之兩表面均為非球面，亦即表一中之表面代號為「S7」、「S8」、「S9」、「S10」、「S15」、「S16」、「S23」及「S24」者，其非球面數學式(3)中的K、A4、A6、A8、A10及A12等各項係數如表四所示。

第二A圖至第二B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭ZL在廣角端與望遠端的球面像差(Longitudinal Spherical Aber.)的特性曲線圖。圖中顯示於廣角端時，波長為436nm與587nm之光束的球面像差分別小於0.004mm及0.015mm；於望遠端時，則分別小於0.03mm及0.05mm。

第三A圖至第三B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭ZL在廣角端與望遠端的場曲(Field Curvature)的特性曲線圖。其中，曲線T、S分別顯示變焦鏡頭ZL對於波長為587nm之光束的正切光束(Tangential Rays)與弧矢光束(Sagittal Rays)的像差。圖中顯示於廣角端時，正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.025mm,0.025mm)範圍內；於望遠端時，正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.04mm,0.04mm)範圍內。

第四A圖與第四B圖分別顯示本發明一實施例之變焦鏡頭ZL在廣角端與望遠端於波長587nm之光束的畸變(Distortion)的特性曲線圖。圖中顯示於廣角端時，畸變率控制在(-14.5%,0%)範圍內；於望遠端時，畸變率控制在(0%,2%)範圍內。

由第二A圖至第四B圖可知，本發明實施例的變焦鏡頭ZL在廣角端與望遠端的球面像差、場曲及畸變均能獲得良好校正。並且，利用本發明實施例的變焦鏡頭ZL，能在降低成本、小型化的條件下，產生更高變焦倍率之銳利影像。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。