TWI489134B - Zoom camera lens - Google Patents

Description

變焦攝像鏡頭

本發明係與光學鏡頭有關；特別是指一種變焦攝像鏡頭。

近年來，由於攝像裝置(如監視器、閉迴路電視等)的發展，連帶促進了鏡頭模組的市場需求。為了提供攝像裝置的安裝之方便性與隱匿性，市場普遍希望在維持品質的情況下，朝小型化、輕量化發展。

隨著近年來這攝像裝置的小型化，上述攝像裝置以及應用在攝像裝置的鏡頭模組的體積，也被大幅地縮小。另外，由於攝像裝置之畫素(pixel)愈來愈高，用以配合這些攝像裝置使用的光學鏡頭，也要能夠具有更高的光學效能，才能使這些影像擷取裝置達成高解析度和高對比之展現。因此，小型化、高光學效能同時具有變焦效果，是攝像裝置之鏡頭不可缺的幾個要件。

有鑑於此，本發明之目的用於提供一種變焦攝像鏡頭，可提供小型化之結構設計外，與的需求外，亦能有效提升光學效能。

緣以達成上述目的，本發明所提供變焦攝像鏡頭包含有沿一光軸且由一物側至一像側依序排列之一第一鏡群、一光圈以及一第二鏡群。其中，該第一鏡群具有負屈 光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第一鏡片、一第二鏡片以及一第三鏡片；該第一鏡片具有負屈光力；該第二鏡片具有負屈光力；該第三鏡片具有正屈光力。該第二鏡群具有正屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第四鏡片、一第五鏡片、一第六鏡片以及一第七鏡片；該第四鏡片具有正屈光力；該第五鏡片具有負屈光力，並由一具有正屈光力透鏡以及一具有負屈光力之透鏡膠黏形成，且該具有正屈光力之透鏡較該具有負屈光力之透鏡接近該物側；該第六鏡片為具有負屈光力之凸凹透鏡，且凸面朝向該物側，而凹面朝向該像側；該第七鏡片具有正屈光力。

藉此，該變焦攝像鏡頭自一廣角(Wide)狀態變成一望遠(Telephoto)狀態時，該第二鏡群於該光圈與該像側之間，自該像側之方向往該物側之方向移動。另外，該變焦攝像鏡頭對焦時，該第一鏡群沿該光軸相對該光圈移動。

是以，透過上述變焦攝像鏡頭之設計，除可提供小型化之結構設計外，亦同時具有高光學效能。

1、2‧‧‧變焦攝像鏡頭

G1‧‧‧第一鏡群

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

ST‧‧‧光圈

G2‧‧‧第二鏡群

L4‧‧‧第四鏡片

L5‧‧‧第五鏡片

L51‧‧‧透鏡

L52‧‧‧透鏡

L6‧‧‧第六鏡片

L7‧‧‧第七鏡片

S1~S17‧‧‧面

Z‧‧‧光軸

圖1為本發明第一實施例於廣角狀態時鏡片排列圖；圖2為本發明第一實施例於望遠狀態時鏡片排列圖；圖3A為圖1於光線波長為587奈米時的縱向球差圖；圖3B為圖1於光線波長為587奈米時的場曲圖；圖3C為圖1於光線波長為587奈米時的畸變圖；圖4A為圖2於光線波長為587奈米時的縱向球差圖；圖4B為圖2於光線波長為587奈米時的場曲圖；圖4C為圖2於光線波長為587奈米時的畸變圖； 圖5為本發明第二實施例於廣角狀態時鏡片排列圖；圖6為本發明第二實施例於望遠狀態時鏡片排列圖；圖7A為圖5於光線波長為587奈米時的縱向球差圖；圖7B為圖5於光線波長為587奈米時的場曲圖；圖7C為圖5於光線波長為587奈米時的畸變圖；圖8A為圖6於光線波長為587奈米時的縱向球差圖；圖8B為圖6於光線波長為587奈米時的場曲圖；圖8C為圖6於光線波長為587奈米時的畸變圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。

請參圖1與圖2所示，本發明第一較佳實施例之變焦攝像鏡頭1包含有沿一光軸Z且由一物側至一像側依序排列之一第一鏡群G1、一光圈ST以及一第二鏡群G2。其中：該第一鏡群G1具有負屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第一鏡片L1、一第二鏡片L2以及一第三鏡片L3。該第一鏡片L1為具有負屈光力的凸凹透鏡，且凸面S1朝向該物側，凹面S2朝向該像側。該第二鏡片L2為具有負屈光力的雙凹透鏡。該第三鏡片L3為具有正屈光力的凸凹透鏡，且凸面S5朝向該物側，凹面S6朝向該像側。

該第二鏡群G2具有正屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第四鏡片L4、一第五鏡片L5、一第六鏡片L6以及一第七鏡片L7。該第四鏡片L4為具有正屈光力的雙凸透鏡，且兩個鏡面S8、S9皆為非球面表面。該第五鏡片L5具有負屈光力，並由一具有正屈光力的透鏡 L51以及一具有負屈光力之透鏡L52膠黏形成，且該透鏡L51較該透鏡L52接近該物側。於本實施例中，該透鏡L51為凸凹透鏡，且凸面S10朝向該物側，凹面S11朝向該像側，而該透鏡L52同樣為凸凹透鏡，凸面S11朝向該物側，凹面S12朝向該像側，而使得該第五鏡片L5最靠近該物側之鏡面S10為凸面，且最靠近該像側之鏡面S12為凹面。該第六鏡片L6為具有負屈光力之凸凹透鏡，且凸面S13朝向該物側，而凹面S14朝向該像側。該第七鏡片L7為具有正屈光力之雙凸透鏡，且兩個鏡面S15、S16皆為非球面表面。

藉此，該變焦攝像鏡頭1自一廣角狀態(如圖1)變成一望遠狀態(如圖2)時，該第二鏡群G2於該光圈ST與該像側之間，自該像側之方向往該物側之方向沿該光軸Z移動。另外，該變焦攝像鏡頭1對焦時，該第一鏡群G1沿該光軸Z相對該光圈ST移動。

另外，除上述該等鏡群G1、G2之結構設計外，於本實施例中，該變焦攝像鏡頭1更滿足以下條件式：(1)Vd4>70；(2)(C11+C12)/(C11-C12)<1；(3)65>Vd7>45。

其中，C11為該鏡面S11的曲率；C12為該鏡面S12的曲率；Vd4為該第四鏡片L4之阿貝係數；Vd7為該第七鏡片L7之阿貝係數。而於本實施例中，C11實際數值為0.02435332094633，C12實際數值為0.12575206403917，而使得(C11+C12)/(C11-C12)之數值為-1.4803475901872。

藉此，透過上述之設計，經由該第一鏡群G1所發散的光線再經過第二鏡群G2中具有非球面的第四鏡片L4之後，便可以達到有效消除球差(Spherical aberration)、慧差(coma aberration)、像散(astigmatism)等像差的目的。除此 之外，透過將第四鏡片L4以及該具有正屈光力之透鏡L51皆設計為正屈光力，則可以將光線壓抑至較靠近該光軸Z的高度，而可間接地有效減少像差形成，而且滿足前述第(1)式的話，則可有效地抑制光線通過該第一鏡群G1後的色差(Chromatic aberration)，且透過第四鏡片L4與該第五鏡片L5(即膠合鏡片)相配合之設計，則可達到更進一步抑制色差的效果。

另外，該具有負屈光力之透鏡L52滿足第(2)式之目的，在於在變焦的過程中，各種像差可被有效抑制，換言之，若無法滿足(2)式，則該第五鏡片L5相膠合之表面的曲率會變的過度彎折(over bending)，使得鏡片的製造難度和組裝敏感性增加，抑制橫向色差(Lateral color)也會變得困難。

再者，該第七鏡片L7之滿足第(3)式之目的，在於可有效地降低橫向色差。換言之，若第七鏡片的阿貝係數超出(3)式的上下限，則會使得該變焦攝像鏡頭1於橫向色差會表現的較差。

為有效提升該變焦攝像鏡頭1之光學效能，本發明較佳實施例之變焦攝像鏡頭1各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各鏡面與下一鏡面(或成像面)於光軸Z上之距離D、各鏡片之折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表四所示：

除上述參數外，本實施例之變焦攝像鏡頭1於廣角狀態以及望遠狀態時，有效焦距EFL、相對孔徑Fno、可視角FOV以及間距D6、D7、D16之數值，如表五所示：

另外，本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面S8、S9、S15、S16之表面凹陷度z由下列公式所得到：

其中：z：非球面表面之凹陷度；c：曲率半徑之倒數；h：表面之離軸半高；k：圓錐係數；α 2~α 5：表面之離軸半高h的各階係數。

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 5，如表三所示：

藉由上述的鏡群G1、G2及光圈ST配置，使得本實施例之該變焦攝像鏡頭1於廣角狀態時之成像品質上也可達到要求，這可從圖3A至圖3C看出，其中，由圖3A可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於廣角狀態時的縱向球差不超過-0.050mm及0.050mm；由圖3B可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於廣角狀態時的最大場曲不超過-0.050mm及0.1mm；由圖3C可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於廣角狀態時的最大畸變量不超過-60%及30%。

此外，本實施例之該變焦攝像鏡頭1於望遠狀態時之成像品質上也可達到要求，這可從圖4A至圖4C看出，其中，由圖4A可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於望遠狀態時的縱向球差不超過-0.050mm及0.050mm；由圖4B可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於望遠狀態時的最大場曲不超過-0.050mm及0.050mm；由圖4C可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭1於望遠狀態時的最大畸變量不超過-30%及30%，顯見本實施例之變焦攝像鏡頭1應用於攝像裝置(如監視器、閉迴路電視等)時的高光學效能。

另外，除上述第一較佳實施例之變焦攝像鏡頭1外，請參圖5與圖6所示，本發明第二較佳實施例之變焦攝像鏡頭2同樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一像側依序排列之一第一鏡群G1、一光圈ST以及一第二鏡群G2。其中：該第一鏡群G1具有負屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第一鏡片L1、一第二鏡片L2以 及一第三鏡片L3。該第一鏡片L1為具有負屈光力的凸凹透鏡，且凸面S1朝向該物側，凹面S2朝向該像側。該第二鏡片L2為具有負屈光力的雙凹透鏡。該第三鏡片L3為具有正屈光力的凸凹透鏡，且凸面S5朝向該物側，凹面S6朝向該像側。

該第二鏡群G2具有正屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第四鏡片L4、一第五鏡片L5、一第六鏡片L6以及一第七鏡片L7。該第四鏡片L4為具有正屈光力的雙凸透鏡，且兩個鏡面S8、S9皆為非球面表面。該第五鏡片L5具有負屈光力，並由一具有正屈光力的透鏡L51以及一具有負屈光力之透鏡L52膠黏形成，且該透鏡L51較該透鏡L52接近該物側。於本實施例中，該透鏡L51為雙凸透鏡，而該透鏡L52為雙凹透鏡，而使得該第五鏡片L5最靠近該物側之鏡面S10為凸面，且最靠近該像側之鏡面S12為凹面。該第六鏡片L6為具有負屈光力之凸凹透鏡，且凸面S13朝向該物側，而凹面S14朝向該像側。該第七鏡片L7為具有正屈光力之雙凸透鏡，且兩個鏡面S15、S16皆為非球面表面。

藉此，該變焦攝像鏡頭2自一廣角狀態(如圖5)變成一望遠狀態(如圖6)時，該第二鏡群G2於該光圈ST與該像側之間，自該像側之方向往該物側之方向沿該光軸Z移動。另外，該變焦攝像鏡頭2對焦時，該第一鏡群G1沿該光軸Z相對該光圈ST移動。

另外，除上述該等鏡群G1、G2之結構設計外，於本實施例中，該變焦攝像鏡頭2更滿足以下條件式：(1)(C11+C12)/(C11-C12)<1；(2)65>Vd7>45。

其中，C11為該鏡面S11的曲率；C12為該鏡 面S12的曲率；Vd7為該第七鏡片L7之阿貝係數。而於本實施例中，C11實際數值為-0.0113817668766，C12實際數值為0.13994121131795，而使得(C11+C12)/(C11-C12)之數值為-0.8495698801021。

藉此，透過上述之設計，經由該第一鏡群G1所發散的光線再經過第二鏡群G2中具有非球面的第四鏡片L4之後，便可以達到有效消除球差(Spherical aberration)、慧差(coma aberration)、像散(astigmatism)等像差的目的。除此之外，透過將第四鏡片L4以及該具有正屈光力之透鏡L51皆設計為正屈光力，則可以將光線壓抑至較靠近該光軸Z的高度，而可間接地有效減少像差形成，且透過與第四鏡片L4之後安排該第五鏡片L5之設計，則可達到抑制色差的效果。

另外，該具有負屈光力之透鏡L52滿足第(1)式之目的，在於在變焦的過程中，各種像差可被有效抑制，換言之，若無法滿足(1)式，則該第五鏡片L5相膠合之表面的曲率會變的過度彎折(over bending)，使得鏡片的製造難度和組裝敏感性增加，抑制橫向色差(Lateral color)也會變得困難。

再者，該第七鏡片L7之滿足第(2)式之目的，在於可有效地降低橫向色差。換言之，若第七鏡片的阿貝係數超出(3)式的上下限，則會使得該變焦攝像鏡頭2於橫向色差會表現的較差。

為有效提升該變焦攝像鏡頭2之光學效能，本發明較佳實施例之變焦攝像鏡頭2各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各鏡面與下一鏡面(或成像面)於光軸Z上之距離D、各鏡片之折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表四所示：

除上述參數外，本實施例之變焦攝像鏡頭2於廣角狀態以及望遠狀態時，有效焦距EFL、相對孔徑Fno、可視角FOV以及間距D6、D7、D16之數值，如表五所示：

另外，本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面S8、S9、S15、S16之表面凹陷度z由下列公式所得到：

其中：z：非球面表面之凹陷度；c：曲率半徑之倒數；h：表面之離軸半高； k：圓錐係數；α 2~α 5：表面之離軸半高h的各階係數。

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 5，如表六所示：

藉由上述的鏡群G1、G2及光圈ST配置，使得本實施例之該變焦攝像鏡頭2於廣角狀態時之成像品質上也可達到要求，這可從圖7A至圖7C看出，其中，由圖7A可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於廣角狀態時的縱向球差不超過-0.050mm及0.050mm；由圖7B可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於廣角狀態時的最大場曲不超過-0.10mm及0.05mm；由圖7C可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於廣角狀態時的最大畸變量不超過-60%及30%。

此外，本實施例之該變焦攝像鏡頭2於望遠狀態時之成像品質上也可達到要求，這可從圖8A至圖8C看出，其中，由圖8A可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於望遠狀態時的縱向球差不超過-0.050mm及0.100mm；由圖8B可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於望遠狀態時的最大場曲不超過-0.050mm及0.050mm；由圖8C可看出，本實施例之變焦攝像鏡頭2於望遠狀態時的最大畸變量不超過-30%及30%，顯見本實施例之變焦攝像鏡頭2應用於攝像裝置(如監視器、閉迴路電視等)時的高光學效能。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應 包含在本發明之專利範圍內。

G1‧‧‧第一鏡群

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

ST‧‧‧光圈

G2‧‧‧第二鏡群

L4‧‧‧第四鏡片

L5‧‧‧第五鏡片

L51‧‧‧透鏡

L52‧‧‧透鏡

L6‧‧‧第六鏡片

L7‧‧‧第七鏡片

S1~S17‧‧‧面

Z‧‧‧光軸

Claims (11)

1. 一種變焦攝像鏡頭，包含有沿一光軸且由一物側至一像側依序排列之一第一鏡群、一光圈以及一第二鏡群，其中：該第一鏡群具有負屈光力，且包含有由該物側至該像側依序排列之一第一鏡片、一第二鏡片以及一第三鏡片；該第一鏡片具有負屈光力；該第二鏡片具有負屈光力；該第三鏡片具有正屈光力；該第二鏡群具有正屈光力，包含有由該物側至該像側依序排列之一第四鏡片、一第五鏡片、一第六鏡片以及一第七鏡片；該第四鏡片具有正屈光力；該第五鏡片具有負屈光力，並由一具有正屈光力之透鏡以及一具有負屈光力之透鏡膠黏形成，且該具有正屈光力之透鏡較該具有負屈光力之透鏡接近該物側；該第六鏡片為具有負屈光力之凸凹透鏡，且凸面朝向該物側，而凹面朝向該像側；該第七鏡片具有正屈光力；藉此，該變焦攝像鏡頭自一廣角(Wide)狀態變成一望遠(Telephoto)狀態時，該第二鏡群於該光圈與該像側之間，自該像側之方向往該物側之方向移動；另外，該變焦攝像鏡頭對焦時，該第一鏡群沿該光軸相對該光圈移動。
2. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第一鏡片為凸凹透鏡，且凸面朝向該物側，凹面朝向該像側；該第二鏡片為雙凹透鏡；該第三鏡片為凸凹透鏡，且凸面朝向該物側，凹面朝向該像側。
3. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第四鏡片為雙凸透鏡；該第七鏡片為雙凸透鏡。
4. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第四鏡片之至少一鏡面皆為非球面表面。
5. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第七鏡片之至少一鏡面為非球面表面。
6. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第五鏡片最靠近該物側之鏡面為凸面，且最靠近該像側之鏡面為凹面。
7. 如請求項6所述變焦攝像鏡頭，其中，該第五鏡片中，該具有正屈光力之透鏡為凸凹透鏡，而該具有負屈光力之透鏡為凸凹透鏡。
8. 如請求項6所述變焦攝像鏡頭，其中，該第五鏡片中，該具有正屈光力之透鏡為雙凸透鏡，而該具有負屈光力之透鏡為雙凹透鏡。
9. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第五鏡片更滿足下列條件：(C11+C12)/(C11-C12)<1；其中，C11為該具有負屈光力之透鏡朝向該物側之鏡面的曲率；C12為該具有負屈光力之透鏡朝向該像側之鏡面的曲率。
10. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第四鏡片更滿足下列條件：Vd4>70；其中，Vd4為該第四鏡片之阿貝係數。
11. 如請求項1所述變焦攝像鏡頭，其中，該第七鏡片更滿足下列條件：65>Vd7>45；其中，Vd7為該第七鏡片之阿貝係數。