TWI476441B - 變焦鏡頭 - Google Patents

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TWI476441B TW101114589A TW101114589A TWI476441B TW I476441 B TWI476441 B TW I476441B TW 101114589 A TW101114589 A TW 101114589A TW 101114589 A TW101114589 A TW 101114589A TW I476441 B TWI476441 B TW I476441B
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Description

變焦鏡頭
本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種變焦鏡頭(zooming lens)。
隨著科技的進步，已發展出諸多視訊或攝像器材，比方說投影機、數位攝影機(Digital Video Camera,DVC)、數位相機等影像裝置。
變焦鏡頭為此類影像裝置的重要元件之一。藉由使變焦鏡頭內的不同透鏡群進行移動，變焦鏡頭的焦距隨之變化，能增加變焦鏡頭的應用靈活度。傳統上，變焦鏡頭大多採用多群作動的方式，來進行變焦操作。
然而，採用多群作動的變焦鏡頭需使用多個光學元件。由於變焦鏡頭內含的光學元件過多，使得變焦鏡頭的光學長度無法縮短，價格也無法降低。另一方面，若是減少變焦鏡頭內含的光學元件數量，則會使光學設計的自由度會變小，相對的光學設計難度也會變高。
本發明提供一種變焦鏡頭，能夠使用較少的光學元件來達成變焦功能，而能提供良好的光學特性與低製造成本。
本發明提供一種變焦鏡頭，從一物側到一像側依序包括：第一透鏡組與第二透鏡組。第一透鏡組具有負光學能力，第一透鏡組從物側到像側依序包括：負凹凸透鏡與正凹凸透鏡，其中，負凹凸透鏡與的凸面朝向物側，正凹凸透鏡的凸面朝向物側。第二透鏡組具有正光學能力，第二透鏡組從物側到像側依序包括：正凸透鏡、負雙凹透鏡與正雙凸透鏡，其中，第一透鏡組與第二透鏡組適於在物側與像側之間移動，而使變焦鏡頭在廣角模式、中間模式與望遠模式間進行切換。
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡組更包括：光圈，位於正凸透鏡與負雙凹透鏡之間。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡組的材質包括塑膠，而第二透鏡組的材質包括玻璃。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡組的有效焦距為f 1 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為f w ，滿足：
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡組的有效焦距為f2 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡組的負凹凸透鏡的有效焦距為f L1 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡組的有效焦距為f2 ，負雙凹透鏡的色散係數為ν L4 ，滿足：
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡組的有效焦距為f1 ，正凹凸透鏡的折射率為N L2 ，滿足：
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡組的有效焦距為f1 ，正凹凸透鏡的色散係數為ν L2 ，滿足：
本發明又提出一種變焦鏡頭，從一物側到一像側依序包括：第一透鏡組，具有負光學能力；以及第二透鏡組，具有正光學能力，第一透鏡組與第二透鏡組適於在物側與像側之間移動，而使變焦鏡頭在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換，其中，第一透鏡組的有效焦距為f 1 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為f w ，滿足：
第二透鏡組的有效焦距為f2 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：
基於上述，本發明的變焦鏡頭具有第一透鏡組與第二透鏡組。利用兩群透鏡組的作動方式、並且可在第一透鏡組與第二透鏡組中使用塑膠或玻璃製作的非球面鏡片。藉由兩群透鏡組的架構，可減少光學元件的使用數量，而降低生產成本，且變焦鏡頭仍可在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行良好的切換。再者，藉由非球面鏡片的使用，可有效縮短變焦鏡頭的光學長度且能修正像差，進而能得到良好的光學特性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
 [第一實施例]
圖1A為本發明的第一實施例的變焦鏡頭的示意圖。請參照圖1A，變焦鏡頭100的所有光學元件沿著光軸OA、而在物側與像側之間排列。變焦鏡頭100從物側到像側依序包括：第一透鏡組110與第二透鏡組120。第一透鏡組110具有負光學能力(即負屈光力)，第一透鏡組110從物側到像側依序包括：負凹凸透鏡112與正凹凸透鏡114，負凹凸透鏡112的凸面朝向物側，正凹凸透鏡114的凸面朝向物側。第二透鏡組120具有正光學能力(即正屈光力)，第二透鏡組120從物側到像側依序包括：正凸透鏡122、負雙凹透鏡124與正雙凸透鏡126。第一透鏡組110與第二透鏡組120適於在物側與像側之間移動，而使變焦鏡頭100在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換。
在一實施例中，變焦透鏡100中，第一透鏡組110的負凹凸透鏡112可為非球面鏡片，第二透鏡組120的正凸透鏡122與正雙凸透鏡126中至少一者可為非球面鏡片。
上述採用第一透鏡組110與第二透鏡組120的兩群作動方式，能夠減少光學元件的使用數量；並且，在第一透鏡組110與第二透鏡組120中可採用非球面鏡片，以有效縮短變焦鏡頭100的光學長度且修正像差，進而能得到良好的光學特性。
詳細而言，請參照圖1A，負凹凸透鏡112的表面S1,S2、正凸透鏡122的表面S5,S6以及正雙凸透鏡126的表面S10,S11皆可為非球面表面，用來消除像差、並能達到縮短變焦鏡頭100的光學長度的技術效果。
此外，在鏡片材質的選用上，第一透鏡組110的材質可以採用塑膠，亦即：負凹凸透鏡112的材質可使用塑膠；而第二透鏡組120的材質可採用玻璃，亦即：正凸透鏡122與正雙凸透鏡126至少其中之一的材質可使用玻璃。實際的情形是，當變焦鏡頭100使用於非遠心系統的前投式投影機時，由於負凹凸透鏡112處於遠離光源(未繪示，即熱源)的位置，即使利用塑膠來製作負凹凸透鏡112也不會使負凹凸透鏡112受到光源的熱影響而劣化、且還能降低製作成本。
再者，由於正凸透鏡122與正雙凸透鏡126處於靠近光源的位置，但是正凸透鏡122與正雙凸透鏡126可使用玻璃製成，所以較能耐受高溫，仍能維持良好的光學特性。
此外，請參照圖1A，變焦鏡頭100還可以包括：光圈128，配置於正凸透鏡122與負雙凹透鏡124之間，用以調整成像品質與控制通過變焦鏡頭100的光線。
另外，變焦鏡頭100還可以包括：光學元件170，配置於正雙凸透鏡126的朝向像側的一側，即光學元件170可配置在正雙凸透鏡126的表面S11與像側之間。光學元件170可採用透光平板或紅外光濾光器。紅外光濾光器可用以過濾變焦鏡頭100中的紅外光，並只允許可見光通過，從而產生清晰的影像。透光平板則可為玻璃蓋體，藉此來使可見光通過、並保護可能設置於像側的光學調制元件(未繪示)。
在像側端，變焦鏡頭100還可以包括：光學調制元件(未繪示)，位於像側的像面180上。光學調制元件例如為數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)，用作於影像源。若搭配為其他光學元件，則此變焦鏡頭100也可以適用於影像擷取系統。
圖1B為圖1A的變焦鏡頭在不同模式下的架構示意圖。圖1B僅標示第一透鏡組110與第二透鏡組120的標號，以呈現第一透鏡組110與第二透鏡組120的相對位置關係。請參照圖1B，在變焦鏡頭100中，第一透鏡組110與第二透鏡組120在物側與像側之間是可移動的，藉此來調整變焦鏡頭100的焦距、並切換成不同的模式。
如圖1B所示，根據第一透鏡組110與第二透鏡組120之間的位置關係，變焦鏡頭100可成為：廣角模式(wide-angle mode)、中間模式(middle mode)與望遠模式(telephoto mode)。在圖1B的例子中，在廣角模式之下，第一透鏡組110與第二透鏡組120沿光軸OA的距離是三種模式之中相差較遠的。隨著第一透鏡組110與第二透鏡組120沿著光軸OA相對接近時，變焦鏡頭100隨著第一透鏡組110與第二透鏡組120之間的距離逐漸接近，而切換成中間模式或望遠模式。
亦即，當變焦鏡頭100由廣角模式經由中間模式而切換至望遠模式時，變焦鏡頭100的有效焦距會逐漸地增加，而光圈數(焦距與光圈直徑的比值,F-number)因有效焦距增加而也隨之增加(如後續表三、表六與表九所示)。變焦鏡頭100的整體光學長度隨之縮減，但變焦鏡頭100的後焦的長度是逐漸增長。
在第一透鏡組110(具有負光學能力)與第二透鏡組120(具有正光學能力)之兩群作動之下，變焦鏡頭100可以調整有效焦距，來提高影像之清晰度。
當所述的變焦鏡頭100滿足以下條件時，可使得變焦鏡頭100在修正各階像差的能力上具有良好的效果。以下將進一步說明關於變焦鏡頭100的第一透鏡組110與第二透鏡組120的光學設計參數及各種可能的實施型態。藉由滿足下述式(1)～(7)的條件，可使變焦鏡頭100得到優異的光學性能。
請參照圖1A，例如：當第一透鏡組110的有效焦距為f 1 ，變焦鏡頭100於廣角模式下的有效焦距為f w ，可滿足式(1)的條件：
藉由滿足式(1)，在廣角模式之下，可使第一透鏡組110在變焦鏡頭100內的光學配置關係達到最佳化。
此外，當第二透鏡組120的有效焦距為f2 ，變焦鏡頭100於廣角模式下的有效焦距為fw ，可滿足式(2)的條件：
藉由滿足式(2)，在廣角模式之下，可使第二透鏡組120在變焦鏡頭100內的光學配置關係達到最佳化。
再者，當第一透鏡組110的負凹凸透鏡112的有效焦距為f L1 ，變焦鏡頭100於廣角模式下的有效焦距為fw ，可滿足式(3)的條件：
藉由滿足式(3)，在廣角模式之下，可使負凹凸透鏡112在變焦鏡頭100內的光學配置關係達到最佳化。
在光學鏡頭的設計上，鏡片的折射率(N )與色散係數(阿貝數,ν)為兩個重要的參數，其中，當色散係數越大時，代表光線的色散程度越低；反之當色散係數越小時，光線的色散程度越高。承上述，在設計變焦鏡頭100時，還可分別針對第一透鏡組110的正凹凸透鏡114的折射率、色散係數，還有第二透鏡組120的負雙凹透鏡124的色散係數，進行適當的光學設計。
例如，當第二透鏡組120的焦距為f 2 ，負雙凹透鏡124的色散係數為ν L4 ，可滿足式(4)的條件：
藉由滿足式(4)，可使負雙凹透鏡124在第二透鏡組120內的光學性能達到最佳化。
再者，當第一透鏡組110的有效焦距為f1 ，正凹凸透鏡114的折射率為N L2 ，可滿足式(5)的條件：
另外，當第一透鏡組110的有效焦距為f1 ，正凹凸透鏡114的色散係數為ν L 2 ，可滿足式(6)的條件：
藉由滿足式(5)與式(6)，可使正凹凸透鏡114在第一透鏡組110內的光學性能達到最佳化。
請參照圖1A，在變焦鏡頭100中，沿著光軸OA、從正雙凸透鏡126朝向像側的表面S11到像面180之間的距離，可視為變焦鏡頭100的後焦長度bf ；在變焦鏡頭100中，通過光圈128的直徑的範圍的光線可離開變焦鏡頭100而抵達像面180。另外，在變焦鏡頭100中，系統出瞳位置ex (exit pupil position)為一個虛擬的光學面(未繪示於圖1A中)。
當變焦鏡頭100的後焦長度為bf ，變焦鏡頭100的系統出瞳位置為ex ，可滿足式(7)的條件：：
當滿足上述式(1)～式(7)時，能夠有效地縮減變焦鏡頭100的鏡頭總長並修正像差，另外，當能夠滿足式(5)～式(6)時，特別是，能夠使變焦鏡頭100的解像能力有顯著的提升。
以下內容將例示第一實施例的變焦鏡頭100的各光學元件的相關光學參數。需注意的是，下述的表一、表二、表三中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可應用本發明的原則對於光學參數或設定進行適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
表一中，間距是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，表面S1的間距即表示：表面S1至表面S2之間、於光軸OA上的直線距離(即為負凹凸透鏡112沿著光軸OA的厚度)。
在表一的備註欄中，各光學元件(負凹凸透鏡112、正凹凸透鏡114、正凸透鏡122、負雙凹透鏡124、正雙凸透鏡126、光圈128、光學元件170)所對應之間距、折射率與阿貝數，請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。按照上述間距的定義的同樣原則，可類推其他光學元件的沿著光軸OA的厚度。特別是，由於表面S4與S13的間距是可變動的，因此另列於表三。
此外，可同時參照圖1A，在表一中，STOP代表光圈128；表面S1、S2為負凹凸透鏡112的兩表面；表面S3、S4為正凹凸透鏡114的兩表面；表面S5、S6為正凸透鏡122的兩表面；S7為光圈；S8、S9為負雙凹透鏡124的兩表面；表面S10、S11為正雙凸透鏡126的兩表面；表面S12、S13為光學元件170的兩表面，其中，表面S13的間距為表面S13到像面180的間距。
如同前述，在此第一實施例中，負凹凸透鏡112、正凸透鏡122與正雙凸透鏡126皆可為非球面鏡片，因此，表面S1、S2、S5、S6、S10、S11皆可為非球面的表面，且用式(8)來定義非球面：
在式(8)中，D為在光軸OA方向的偏移量(sag)，C是密切球面(osculating sphere)的半徑的倒數，也就是接近光軸OA處的曲率半徑(如表一內S1、S2、S5、S6、S10、S11的曲率半徑)的倒數。K 是二次曲面係數，H 是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。E 4 ~E 16 為非球面係數(aspheric coefficient)。表二所列出的是表面S1、S2、S5、S6、S10、S11的參數值。
變焦鏡頭100隨著第一透鏡組110與第二透鏡組120在物側與像側間的移動，而在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換。因此，變焦鏡頭100的有效焦距、光圈數(F-number)等等，在不同的模式中皆有不同的值。表三中列出變焦鏡頭100在不同模式中，一些重要的參數值。
表三中的可變動距離仍是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，可變動距離S4代表表面S4至表面S5之間、於光軸OA上變動的直線距離。
由於變焦鏡頭100的第一透鏡組110與第二透鏡組120會在物側與像側間移動，所以第一透鏡組110與第二透鏡組120的距離(即正凹凸透鏡114的表面S4與正凸透鏡130的表面S5間距)會隨著第一透鏡組110與第二透鏡組120的移動而改變。
當變焦鏡頭110由廣角模式經中間模式切換至望遠模式時，隨著第一透鏡組110與第二透鏡組120間的距離漸漸減少，光圈數(F-number)與有效焦距(EFL)的數值都會增加，如表三所示。
圖2A至圖2D為利用圖1A與圖1B所示的變焦鏡頭，根據表一~表三的參數，在不同模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。圖2A為縱向色差(Longitudinal color)的曲線圖。圖2B為橫向色差(Lateral Color)的曲線圖。圖2C為場曲(Field Curvature)與畸變(Distortion)的曲線圖。圖2D為調制轉換函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)，其中，橫軸為空間頻率(spatial frequency)，空間頻率的單位為cycles/mm，而縱軸為光學轉移函數的模數(modulus of the optical transfer function)。
上述光學模擬數據圖皆以波長為450nm,480nm,550nm,580nm,630nm的光所作的模擬。由圖2A～圖2D所顯示出的圖形可知，第一實施例的變焦鏡頭l00在參照表一~表三的參數的情況下，可表現出良好的成像品質。
[第二實施例]
圖3為本發明第二實施例的變焦鏡頭的示意圖。請參照圖3，變焦鏡頭300與圖1A中的變焦鏡頭100具有相似的結構。
同樣地，圖3的變焦鏡頭300從物側到像側依序包括：第一透鏡組310與第二透鏡組320。第一透鏡組310具有負光學能力(即負屈光力)，第一透鏡組310從物側到像側依序包括：負凹凸透鏡312與正凹凸透鏡314，負凹凸透鏡312的凸面朝向物側，正凹凸透鏡314的凸面朝向物側。第二透鏡組320具有正光學能力(即正屈光力)，第二透鏡組320從物側到像側依序包括：正凸透鏡322、負雙凹透鏡324與正雙凸透鏡326。
變焦鏡頭300也可包括光圈328與光學元件370，且在像面380也可具有光學調制元件。關於變焦鏡頭300的各光學元件(負凹凸透鏡312、正凹凸透鏡314、正凸透鏡322、負雙凹透鏡324、正雙凸透鏡326、光圈328、光學元件370等)的光學參數與設置關係，可參考第一實施例的相關敘述(如式(1)～式(7)的條件)，在此即不予以重述。
然而，可注意到，在第二實施例中，變焦鏡頭300僅有負凹凸透鏡312與正雙凸透鏡326為非球面鏡片。而正凸透鏡322的一個表面S6為平面，其曲率半徑為無限大。此外，在變焦鏡頭300中、第一透鏡組310與第二透鏡組320的間距是可移動的(即表四與表六所示的可變動距離S4)，不論在何種模式中進行操作，都要比變焦鏡頭100中、第一透鏡組110與第二透鏡組220的間距(即表一與表三所示的可變動距離S4)來得短。
以下將例示第二實施例的變焦鏡頭300的各光學元件的相關光學參數。需注意的是，下述及表四、表五、表六中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對這些參數或設定進行適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
表四中，間距是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，表面S1的間距即表示：表面S1至表面S2之間、於光軸OA上的直線距離(即為負凹凸透鏡312沿著光軸OA的厚度)。
在表四的備註欄中，各光學元件(負凹凸透鏡312、正凹凸透鏡314、正凸透鏡322、負雙凹透鏡324、正雙凸透鏡326、光圈328、光學元件370)所對應之間距、折射率與阿貝數，請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。按照上述間距的定義的同樣原則，可類推其他光學元件的沿著光軸OA的厚度。特別是，由於表面S4與S13的間距是可變動的，因此另列於表六。
此外，可同時參照圖3，在表四中，STOP代表光圈328；表面S1、S2為負凹凸透鏡312的兩表面；表面S3、S4為正凹凸透鏡314的兩表面；表面S5、S6為正凸透鏡322的兩表面；S7為光圈；S8、S9為負雙凹透鏡324的兩表面；表面S10、S11為正雙凸透鏡326的兩表面；表面S12、S13為光學元件370的兩表面，其中，表面S13的間距為表面S13到像面380的間距。
如同前述，在此第二實施例中，負凹凸透鏡312與正雙凸透鏡326皆可為非球面鏡片，因此表面S1、S2、S10、S11皆可為非球面的表面，可用上述第一實施例中的式(8)來定義非球面。
同樣地，D為在光軸OA方向的偏移量，C是密切球面的半徑之倒數，也就是接近光軸OA處的曲率半徑(如表四內S1、S2、S10、S11的曲率半徑)的倒數。K 是二次曲面係數，H 是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。E 4 ~E 16 為非球面係數。表五所列出的是表面S1、S2、S10、S11的參數值。
變焦鏡頭300隨著第一透鏡組310與第二透鏡組320在物側與像側間的移動，而在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換。因此，變焦鏡頭300的有效焦距、光圈數(F-number)等等，在不同的模式中皆有不同的值。表六中列出變焦鏡頭300在不同模式中，一些重要的參數值。
表六中的可變動距離仍是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，可變動距離S4代表表面S4至表面S5之間、於光軸OA上變動的直線距離。
由於變焦鏡頭300的第一透鏡組310與第二透鏡組320會在物側與像側間移動，所以第一透鏡組310與第二透鏡組320的距離(即正凹凸透鏡314的表面S4與正凸透鏡322的表面S5間距)會隨著第一透鏡組310與第二透鏡組320的移動而改變。
圖4A至圖4D為利用圖3所示的變焦鏡頭，根據表四~表六的參數，在不同的模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。圖4A為縱向色差的曲線圖。圖4B為橫向色差的曲線圖。圖4C為場曲與畸變的曲線圖。圖4D為調制轉換函數曲線圖，其中，橫軸為空間頻率，而縱軸為光學轉移函數的模數。
上述光學模擬數據圖皆以波長為450nm,480nm,550nm,580nm,630nm的光所作的模擬。由圖4A～圖4D所顯示出的圖形可知，第二實施例的變焦鏡頭300在參照表四~表六的參數的情況下，仍舊表現出良好的成像品質。
[第三實施例]
圖5為本發明第三實施例的變焦鏡頭的示意圖。請參照圖5，變焦鏡頭500與圖1A中的變焦鏡頭100具有相似的結構。
同樣地，圖5的變焦鏡頭500從物側到像側依序包括：第一透鏡組510與第二透鏡組520。第一透鏡組510具有負光學能力(即負屈光力)，第一透鏡組510從物側到像側依序包括：負凹凸透鏡512與正凹凸透鏡514，負凹凸透鏡512的凸面朝向物側，正凹凸透鏡514的凸面朝向物側。第二透鏡組520具有正光學能力(即正屈光力)，第二透鏡組520從物側到像側依序包括：正凸透鏡522、負雙凹透鏡524與正雙凸透鏡526。
變焦鏡頭500也可包括光圈528與光學元件570，且在像面580也可具有光學調制元件。關於變焦鏡頭500的各光學元件(負凹凸透鏡512、正凹凸透鏡514、正凸透鏡522、負雙凹透鏡524、正雙凸透鏡526、光圈528、光學元件570等)的光學參數與設置關係，可參考第一實施例的相關敘述(如式(1)～式(7)的條件)，在此即不予以重述。
以下將例示第三實施例的變焦鏡頭500的各光學元件的相關光學參數。需注意的是，下述及表七、表八、表九中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對這些參數或設定進行適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
表七中，間距是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，表面S1的間距即表示：表面S1至表面S2之間、於光軸OA上的直線距離(即為負凹凸透鏡512沿著光軸OA的厚度)。
在表七的備註欄中，各光學元件(負凹凸透鏡512、正凹凸透鏡514、正凸透鏡522、負雙凹透鏡524、正雙凸透鏡526、光圈528、光學元件570)所對應之間距、折射率與阿貝數，請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。按照上述間距的定義的同樣原則，可類推其他光學元件的沿著光軸OA的厚度。特別是，由於表面S4與S13的間距是可變動的，因此另列於表九。
此外，在表七中，STOP代表光圈528；表面S1、S2為負凹凸透鏡512的兩表面；表面S3、S4為正凹凸透鏡514的兩表面；表面S5、S6為正凸透鏡522的兩表面；S7為光圈；S8、S9為負雙凹透鏡524的兩表面；表面S10、S11為正雙凸透鏡526的兩表面；表面S12、S13為光學元件570的兩表面，其中，表面S13的間距為表面S13到像面580的間距。
如同前述，在第三實施例中，負凹凸透鏡512、正凸透鏡524與正雙凸透鏡526皆可為非球面鏡片，因此表面S1、S2、S5、S6、S10、S11皆可為非球面的表面，可用上述第一實施例中的式(8)來定義非球面。
同樣地，D為光軸OA方向之偏移量(sag)，C是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸OA處的曲率半徑(如表七內S1、S2、S6、S10、S10、S11的曲率半徑)的倒數。K 是二次曲面係數(conic)，H 是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而E 4 ~E 16 為非球面係數(aspheric coefficient)。表八所列出的是表面S1、S2、S5、S6、S10、S11的參數值。
變焦鏡頭500隨著第一透鏡組510與第二透鏡組520在物側與像側間的移動，而在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換。因此，變焦鏡頭500的有效焦距、光圈數(F-number)等等，在不同的模式中皆有不同的值。表九中列出變焦鏡頭500在不同模式中，一些重要的參數值。
表九中的可變動距離仍是指：兩相鄰表面之間、於光軸OA上的直線距離。舉例來說，可變動距離S4代表表面S4至表面S5之間、於光軸OA上變動的直線距離。
由於變焦鏡頭500的第一透鏡組510與第二透鏡組520會在物側與像側間移動，所以第一透鏡組510與第二透鏡組520的距離(即正凹凸透鏡514的表面S4與正凸透鏡522的表面S5間距)會隨著第一透鏡組510與第二透鏡組520的移動而改變。
圖6A至圖6D為利用圖5所示的變焦鏡頭，根據表七~表九的參數，在不同的模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。圖6A為縱向色差的曲線圖。圖6B為橫向色差的曲線圖。圖6C為場曲與畸變的曲線圖。圖6D為調制轉換函數曲線圖，其中，橫軸為空間頻率，而縱軸為光學轉移函數的模數。
上述光學模擬數據圖皆以波長為450nm,480nm,550nm,580nm,630nm的光所作的模擬。由圖6A～圖6D所顯示出的圖形可知，第三實施例的變焦鏡頭500在參照表七~表九參數的情況下，仍舊表現出良好的成像品質。
此外，上述的圖1A、圖3、與圖5所繪示的變焦鏡頭100、300、500，在各自的第一透鏡組110、310、510與第二透鏡組120、320、520中分別具有各自的光學鏡片，亦即：第一透鏡組110、310、510所包含的：負凹凸透鏡112、312、512以及正凹凸透鏡114、314、514；第二透鏡組120、320、520所包含的：正凸透鏡122、322、522；負雙凹透鏡124、324、524；正雙凸透鏡126、326、526。
然而，變焦鏡頭的第一透鏡組與第二透鏡組各自所含的光學鏡片的種類、數量等，乃是所屬技術領域具有通常知識者可以進行調整與設計的，至少滿足上述的式(1)與式(2)，變焦鏡頭即可進行良好的變焦動作。
換言之，本發明還試圖提出一種變焦鏡頭(未繪示)，從物側到像側依序包括：第一透鏡組，具有負光學能力；以及第二透鏡組，具有正光學能力，第一透鏡組與第二透鏡組適於在物側與像側之間移動，而使變焦鏡頭在廣角模式、中間模式與望遠模式之間進行切換，其中，第一透鏡組的有效焦距為f 1 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為f w ，滿足：
第二透鏡組的有效焦距為f2 ，變焦鏡頭於廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：
上述變焦鏡頭採用兩群作動的方式，藉由滿足上述設定焦距的式(1)與式(2)，無論第一透鏡組與第二透鏡組實際所包含的鏡片種類、數量為何，都可達到本發明的變焦鏡頭的技術功效。
綜上所述，本發明的變焦鏡頭至少具有以下優點：由於採用第一透鏡組(具有負光學能力)與第二透鏡組(具有正光學能力)的兩群作動方式，且第一透鏡組與第二透鏡組可包括非球面鏡片，藉此，可減少光學元件的使用數量、降低生產成本、有效縮短變焦鏡頭的光學長度且能修正像差，進而能得到良好的光學特性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、500．．．變焦鏡頭
110、310、510．．．第一透鏡組
112、312、512．．．負凹凸透鏡
114、314、514．．．正凹凸透鏡
120、320、520．．．第二透鏡組
122、322、522．．．正凸透鏡
124、324、524．．．負雙凹透鏡
126、326、526．．．正雙凸透鏡
128、328、528．．．光圈
128、328、528‧‧‧光圈
170、370、570‧‧‧光學元件
180、380、580‧‧‧像面
S1~S6、S8~S13‧‧‧表面
S7‧‧‧光圈
OA‧‧‧光軸
bf‧‧‧後焦長度
圖1A為本發明的第一實施例的變焦鏡頭的示意圖。
圖1B為圖1A的變焦鏡頭在不同模式下的架構示意圖。
圖2A至圖2D為利用圖1A與圖1B所示的變焦鏡頭，根據表一~表三的參數，在不同模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。
圖3為本發明第二實施例的變焦鏡頭的示意圖。
圖4A至圖4D為利用圖3所示的變焦鏡頭，根據表四~表六的參數，在不同的模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。
圖5為本發明第三實施例的變焦鏡頭的示意圖。
圖6A至圖6D為利用圖5所示的變焦鏡頭，根據表七~表九的參數，在不同的模式(廣角模式、中間模式、望遠模式)下所得到的光學模擬數據圖。
100．．．變焦鏡頭
110．．．第一透鏡組
112．．．負凹凸透鏡
114．．．正凹凸透鏡
120．．．第二透鏡組
122．．．正凸透鏡
124．．．負雙凹透鏡
126．．．正雙凸透鏡
128．．．光圈
170．．．光學元件
180．．．像面
S1~S6、S8~S13．．．表面
S7．．．光圈
OA．．．光軸
bf．．．後焦長度

Claims (9)

  1. 一種變焦鏡頭，從一物側到一像側依序包括：一第一透鏡組，具有負光學能力，該第一透鏡組從該物側到該像側依序包括：一負凹凸透鏡與一正凹凸透鏡，其中，該負凹凸透鏡的凸面朝向該物側，該正凹凸透鏡的凸面朝向該物側；以及一第二透鏡組，具有正光學能力，該第二透鏡組從該物側到該像側依序包括：一正凸透鏡、一負雙凹透鏡與一正雙凸透鏡，其中，該第一透鏡組與該第二透鏡組適於在該物側與該像側之間移動，而使該變焦鏡頭在一廣角模式、一中間模式與一望遠模式之間進行切換，且該第二透鏡組的有效焦距為f2 ，該變焦鏡頭於該廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：1.4<<1.55。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第二透鏡組更包括：一光圈，位於該正凸透鏡與該負雙凹透鏡之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組的材質包括塑膠；該第二透鏡組的材質包括玻璃。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組的有效焦距為f 1 ，該變焦鏡頭於該廣角模式下 的有效焦距為f w ，滿足：2.0<<2.30。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組的該負凹凸透鏡的有效焦距為f L1 ，該變焦鏡頭於該廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：1.4<<1.8。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第二透鏡組的有效焦距為f2 ，該負雙凹透鏡的色散係數為v L4 ，滿足：0.9<<1.07。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組的有效焦距為f1 ，該正凹凸透鏡的折射率為N L2 ，滿足：0.038<<0.052。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組的有效焦距為f1 ，該正凹凸透鏡的色散係數為v L2 ，滿足：0.5<<0.75。
  9. 一種變焦鏡頭，從一物側到一像側依序包括：一第一透鏡組，具有負光學能力；以及 一第二透鏡組，具有正光學能力，該第一透鏡組與該第二透鏡組適於在該物側與該像側之間移動，而使該變焦鏡頭在一廣角模式、一中間模式與一望遠模式之間進行切換，該第一透鏡組的有效焦距為f 1 ，該變焦鏡頭於該廣角模式下的有效焦距為f w ，滿足：2.0<<2.30；且該第二透鏡組的有效焦距為f2 ，該變焦鏡頭於該廣角模式下的有效焦距為fw ，滿足：1.4<<1.55。
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