TWI507727B - 變焦鏡頭 - Google Patents

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TWI507727B TW102115468A TW102115468A TWI507727B TW I507727 B TWI507727 B TW I507727B TW 102115468 A TW102115468 A TW 102115468A TW 102115468 A TW102115468 A TW 102115468A TW I507727 B TWI507727 B TW I507727B
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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。
一般而言，目前市面上常見的變焦鏡頭多屬大光圈廣角變焦鏡頭，然而由於廣角鏡頭無法清晰分辨較遠的影像，因此在長廊、賣場長型貨架等場所的較長距離的安全監控應用上，大光圈廣角變焦鏡頭就無法符合須清晰分辨較遠影像的需求。
另一方面，在變焦鏡頭中，為了消除像差(image aberration)與色差(chromatic aberration)，會使用非球面透鏡來實現廣角的目的。儘管非球面透鏡對矯正像差的效果良好，但使用過多的非球面透鏡會導致成本提高。
因此如何兼顧變焦鏡頭的影像品質及降低生產成本的考量，已成為相關領域技術發展的重要課題之一。
美國專利第7405885號、第7061687號、第7489452號及第4348082號以及美國公開第2010182677號及第2006034000號皆提出了一種變焦鏡頭。
本發明提供一種變焦鏡頭，其具有長景深、高解析與大光圈的優點。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種變焦鏡頭，其包括第一透鏡群以及第二透鏡群。第一透鏡群具有負屈光度，且第一透鏡群包括從物側至像側依序排列的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡。第二透鏡群具有正屈光度，並配置於第一透鏡群與像側之間。第二透鏡群包括從物側至像側依序排列的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡以及第八透鏡，且第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡以及第八透鏡的屈光度分別為正、負、正、負、正。變焦鏡頭符合-2.4<f1/fw <-1.0，f1為第一透鏡群的有效焦距，fw 為變焦鏡頭切換至廣角端時的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭更包括孔徑光闌，配置於第一透鏡群與第二透鏡群之間，並相對於變焦鏡頭固定不動，第一透鏡群與第二透鏡群適於相對孔徑光闌移動，以使變焦鏡頭在廣角端與望遠端之間切換，其中第二透鏡群適於移動以進行變焦，且第一透鏡群適於移動以進行對焦。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡的屈光度分別為正、負、負。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡分別為凹面朝向物側的凹凸透鏡、雙凹透鏡及凸面朝向像側的凸凹透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡分別為凹面朝向物側的凹凸透鏡、雙凹透鏡及雙凹透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合-2.4<f1/fw<-1.9，其中f1為第一透鏡群的有效焦距，fw為變焦鏡頭切換至廣角端時的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合1.3<|f1/f2|<1.7，其中f1為第一透鏡群的有效焦距，f2為第二透鏡群的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合D/TTLW>0.65以及D/TTLT>0.75，其中D為孔徑光闌至位於像側的成像面的距離；TTLW為變焦鏡頭切換至廣角端時，第一透鏡面向物側的表面與變焦鏡頭的光軸相交的交點至成像面的距離；TTLT為變焦鏡頭切換至望遠端時，第一透鏡面向物側的表面與變焦鏡頭的光軸相交的交點至成像面的距離。
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡群更包括第九透鏡，配置於第四透鏡與第五透鏡之間，且第九透鏡的屈光度為正。
在本發明的一實施例中，上述的第九透鏡為雙凸透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡、 第三透鏡的屈光度分別為負、負、正。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡分別為雙凹透鏡、雙凹透鏡及凹面朝向像側的凹凸透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭更包括第三透鏡群，具有正屈光度，配置於物側與第一透鏡群之間，第三透鏡群包括從物側至像側依序排列的第十透鏡以及第十一透鏡，且第十透鏡、第十一透鏡的屈光度分別為正、負。
在本發明的一實施例中，上述的第十透鏡以及第十一透鏡各為一球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第十透鏡以及第十一透鏡分別為雙凸透鏡及凸面朝向像側的凸凹透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第三透鏡群相對於變焦鏡頭固定不動。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合-1.4<f1/fw<-1.0，其中f1為第一透鏡群的有效焦距，fw為變焦鏡頭切換至廣角端時的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合0.8<|f1/f2|<1.2，其中f1為第一透鏡群的有效焦距，f2為第二透鏡群的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡頭符合D/TTL>0.45，其中D為孔徑光闌至位於像側的成像面的距離，TTL為第十透鏡面向物側的表面與變焦鏡頭的光軸相交的交點至成像面的 距離。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡以 及第三透鏡各為一球面透鏡，且第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡以及第八透鏡至少其一為一非球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第四透鏡為非球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第四透鏡、第五透鏡、 第六透鏡、第七透鏡及第八透鏡分別為雙凸透鏡、凸面朝向物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、凸面朝向物側的凸凹透鏡及凹面朝向像側的凹凸透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第四透鏡、第五透鏡、 第六透鏡、第七透鏡及第八透鏡分別為凹面朝向像側的凹凸透鏡、凸面朝向物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡及凹面朝向像側的凹凸透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第四透鏡、第五透鏡、 第六透鏡、第七透鏡及第八透鏡分別為凹面朝向像側的凹凸透鏡、凸面朝向物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、凸面朝向物側的凸凹透鏡及凹面朝向像側的凹凸透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡以 及第三透鏡至少其一的阿貝數大於70。
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡群中的至少二 相鄰透鏡形成一雙膠合透鏡，且至少二相鄰透鏡中至少其一的阿貝數大於70。
基於上述，本發明的實施例的變焦鏡頭搭配屈光度分別 為負與正的第一透鏡群與第二透鏡群，且藉由第一透鏡群與第二透鏡群的搭配，來降低像差與色差。因此，本發明之實施例的變焦鏡頭具有良好的光學成像品質。
為讓本發明的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。
100、300、500、700‧‧‧變焦鏡頭
110、310、510‧‧‧第一透鏡群
111、511‧‧‧第一透鏡
112、512‧‧‧第二透鏡
113、313、513‧‧‧第三透鏡
120、320、520、720‧‧‧第二透鏡群
121、321、521、721‧‧‧第四透鏡
122‧‧‧第五透鏡
123‧‧‧第六透鏡
124、324‧‧‧第七透鏡
125‧‧‧第八透鏡
326、726‧‧‧第九透鏡
130‧‧‧濾光片
131‧‧‧孔徑光闌
150‧‧‧玻璃蓋
160‧‧‧影像感測元件
540‧‧‧第三透鏡群
D121、D511、D521、D541‧‧‧雙膠合透鏡
SI‧‧‧成像面
P1 、P2 、P3 ‧‧‧交點
L‧‧‧光軸
S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S108、S109、S110、S111、S112、S113、S114、S115、S116、S117、S118、S119、S120、S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307、S308、S309、S310、S311、S312、S313、S314、S315、S316、S317、S318、S319、S320、S321、S322、S501、S502、S503、S504、S505、S506、S507、S508、S509、S510、S511、S512、S513、S514、S515、S516、S517、S518、S519、S520、S521、S522、S701、S702、S703、S704、S705、S706、S707、S708、S709、S710、S711、S712、S713、S714、S715、S716、S717、S718、S719、S720、S721、S722、S723、S724‧‧‧表面
D、TTLW 、TTLT 、TTL‧‧‧距離
圖1A至圖1B分別是本發明一實施例的一種變焦鏡頭的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。
圖2A至圖2D是圖1A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。
圖2E至圖2H是圖1B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。
圖3A至圖3B分別是本發明另一實施例的一種變焦鏡頭的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。
圖4A至圖4D是圖3A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。
圖4E至圖4H是圖3B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。
圖5A至圖5B分別是本發明又一實施例的一種變焦鏡頭的焦距 為廣角端與望遠端的示意圖。
圖6A至圖6D是圖5A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。
圖6E至圖6H是圖5B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。
圖7A至圖7B分別是本發明再一實施例的一種變焦鏡頭的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。
圖8A至圖8D是圖7A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。
圖8E至圖8H是圖7B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以 下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1A至圖1B分別是本發明一實施例的一種變焦鏡頭的焦距 為廣角端與望遠端的示意圖。請參照圖1A至圖1B，在本實施例中，變焦鏡頭100包括第一透鏡群110以及第二透鏡群120，其中第一透鏡群110具有負屈光度，而與第二透鏡群120具有正屈光度。 第一透鏡群110包括從物側至像側依序排列的第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113。第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113的屈光度分別為正、負、負。第二透鏡群120配置於第一透鏡群110與像側之間。第二透鏡群120包括從物側至像側依序排列的第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123、第七透鏡124及第八透鏡125，且第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123、第七透鏡124以及第八透鏡125的屈光度分別為正、負、正、負、正。
此外，請參照圖1A至圖1B，在本實施例中，變焦鏡頭 100更包括濾光片130，且濾光片130的其中一表面(表面S108)為孔徑光闌131(Aperture stop)。孔徑光闌131配置於第一透鏡群110與第二透鏡群120之間，並相對於變焦鏡頭100固定不動，第一透鏡群110與第二透鏡群120適於相對於孔徑光闌131移動，以使變焦鏡頭100在廣角端(wide-end)與望遠端(tele-end)之間切換。具體而言，在本實施例中，第二透鏡群120具有變焦(zoom)功能，並適於移動以進行變焦，且第一透鏡群110具有調焦(focus)功能，並適於移動以進行對焦。
更詳細而言，當第一透鏡群110與第二透鏡群120朝接 近彼此的方向移動時，變焦鏡頭100由廣角端往望遠端切換，此時變焦鏡頭100的可變間距d1、d2會變小，可變間距d3會變大，而變焦鏡頭100的焦距將可從廣角端(如圖1A所示)變成望遠端(如圖1B所示)。反之，當第一透鏡群110與第二透鏡群120朝遠離 彼此的方向移動時，變焦鏡頭100由望遠端往廣角端切換，此時變焦鏡頭100的可變間距d1、d2會變大，可變間距d3會變小，而變焦鏡頭100的焦距亦會從望遠端(如圖1B所示)變成廣角端(如圖1A所示)。在變焦的過程中，孔徑光闌131一直是固定不動的。
具體而言，在本實施例中，變焦鏡頭100符合-2.4<f1/fw <-1.0，其中f1為第一透鏡群110的有效焦距，fw為變焦鏡頭100切換至廣角端時的有效焦距。進一步而言，當變焦鏡頭100不符合-2.4<f1/fw <-1.0時，將可能導致下列缺點。當變焦鏡頭的時f1/fw<-2.4時，將會使得第一透鏡群110的整體尺寸變大，而無法小型化，而當f1/fw>-1時，將會使得第一透鏡群110的屈光度變大，而使得製造成本增加，並降低變焦鏡頭的功能性。更詳細而言，在本實施例中，變焦鏡頭100更符合-2.4<f1/fw <-1.9以及1.3<|f1/f2|<1.7，其中f2為第二透鏡群120的有效焦距。
另一方面，請參照圖1A，在本實施例的變焦鏡頭100切換至廣角端時，變焦鏡頭100符合D/TTLW >0.65，其中D為孔徑光闌131至位於像側的成像面SI的距離，TTLW 為此時的第一透鏡111面向物側的表面S101與變焦鏡頭100的光軸L相交的交點P1 至成像面SI的距離。此外，請參照圖1B，在本實施例的變焦鏡頭100切換至望遠端時，變焦鏡頭100符合D/TTLT >0.75，其中TTLT 為此時的第一透鏡111面向物側的表面S101與變焦鏡頭100的光軸L相交的交點P2 至成像面SI的距離。如此一來，可限制變焦鏡頭100的厚度，而可縮小變焦鏡頭100的體積。
以下將針對變焦鏡頭100的各透鏡結構及材質進行進一步地說明。
在上述的變焦鏡頭100中，第一透鏡111、第二透鏡112及第三透鏡113例如各為一球面透鏡。第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123、第七透鏡124及第八透鏡125至少其中之一是一非球面透鏡。在本實施例中，第四透鏡121為非球面透鏡，但本發明不以此為限。更具體而言，在本實施例中，第一透鏡111例如是凹面(表面S101)朝向物側的凹凸透鏡、第二透鏡112例如是雙凹透鏡，第三透鏡113例如是凸面(表面S106)朝向像側的凸凹透鏡。此外，第四透鏡121例如是雙凸透鏡、第五透鏡122例如是凸面(表面S111)朝向物側的凸凹透鏡、第六透鏡123例如是雙凸透鏡、第七透鏡124例如是凸面(表面S114)朝向物側的凸凹透鏡及第八透鏡125例如是凹面(表面S117)朝向像側的凹凸透鏡。
在本實施例中，第一透鏡111至第八透鏡125的材質例 如是玻璃或塑膠。然而，由於一般透鏡會對不同波長產生色散作用，因此可見光與紅外光無法聚焦於相同距離的平面上，進而會造成色差現象。為了克服上述色差問題，在本實施例中，第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113至少其一的阿貝數大於70。具體而言，在本實施例中，第三透鏡113的阿貝數大於70，但本發明不以此為限。舉例而言，在本實施例中，第三透鏡113透鏡所使用的材質例如是低色散鏡片的材質。
此外，在本實施例中，第二透鏡群120中的至少二相鄰 透鏡形成第一雙膠合透鏡D121，且此至少二相鄰透鏡中至少其一的阿貝數大於70。具體而言，在本實施例中，第五透鏡122與第六透鏡123形成第一雙膠合透鏡D121，其中第五透鏡122朝向像側的表面與第六透鏡123朝向物側的表面具有相同曲率半徑(即表面S112)，而第五透鏡122與第六透鏡123至少其中之一的阿貝數大於70。詳細而言，在本實施例中，第六透鏡123的阿貝數大於70，但本發明不以此為限。在本實施例中，第六透鏡123透鏡所使用的材質例如亦是低色散鏡片的材質。
如此一來，當不同波長的光線通過第三透鏡113與第六 透鏡123時，其色散程度會較小，以使變焦鏡頭100在可見光與紅外光成像時，不同波長的成像位置將會較佳地聚焦於相同的平面上，進而可有效消除色差。因此，當變焦鏡頭100可具有良好的紅外光矯正效果，而具有較佳的成像品質，如此，無論白天或夜晚使用，都可以發揮其良好的紅外光矯正效果與成像品質。
本實施例的變焦鏡頭100是使用七片球面透鏡加上一片 非球面透鏡的組合，並搭配屈光度分別為負與正的第一透鏡群110與第二透鏡群120，且藉由第一透鏡群110與第二透鏡群120的搭配，來減低像差與色差。此外，在變焦的過程中，由於孔徑光闌131固定不動，因此變焦鏡頭100的連動機構較為簡單，如此不僅能降低成本，亦使變焦鏡頭100具有小體積的優點。另外，由於本實施例的變焦鏡頭100中使用的非球面透鏡與低色散鏡片的數量較少且沒有使用超低色散鏡片，而可節省透鏡的成本，進而可 提高生產良率。此外，本實施例的變焦鏡頭100可具有二百萬像素級的高解析度，而具有良好的影像品質。
以下內容將舉出變焦鏡頭100的一實施例，然而，下文 中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表一中，曲率半徑是指每一表面的曲率半徑，間距是 指兩相鄰表面間的距離。舉例來說，表面S101的間距，即表面S101至表面S102在光軸L上的距離。備註欄中各透鏡所對應的厚度、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的數值。此外，表面S101、S102是第一透鏡111的兩表面，表面S103、S104是第二透鏡112的兩表面，而表面S105、S106是第三透鏡113的兩表面。表面S107、S108是濾光片130的兩表面，且表面S108為孔徑光闌131，此濾光片130可為紅外線截止濾鏡(IR Cut Filter)。表面S109、S110是第四透鏡121的兩表面，表面S111是第五透鏡122朝向物側的表面，表面S112是第五透鏡122與第六透鏡123接觸的表面，表面S113是第六透鏡123的朝向像側的表面，表面S114、S115是第七透鏡124的兩表面，表面S116、S117是第八透鏡125的兩表面。表面S118與S119為玻璃蓋150(cover glass)的兩表面。在本實施例中，變焦鏡頭100用於成像 時，像側可設置影像感測元件160，其中玻璃蓋150用以保護影像感測元件160，且表面S120即為影像感測元件160的成像表面SI。此外，在本實施例中，影像感測元件160例如為電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測元件。
承上述，表面S109、S110為非球面，而非球面的公式如下： 其中，Z為光軸L方向的偏移量。R是密切球面(osculating sphere)的半徑，也就是接近光軸L處的曲率半徑(如表格內S109、S110的曲率半徑)。K為圓錐常數(conic constant)。H是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，從公式中可得知，不同的H會對應出不同的Z值。A、B、C、D、E為非球面係數(aspheric coefficient)。表面S109、S110的非球面係數及K值如表二所示：
在表三中分別列出變焦鏡頭100的焦距為廣角端及望遠端時的一些重要參數值，包括有效焦距(effective focal length,EFL)、視場角(field of view,FOV)、F數值及可變間距d1、d2、d3。
〈表三〉
如表三所示，由於本實施例的變焦鏡頭100的F數值可小至1.6，所以具有光圈較大的優點。此外，由於變焦鏡頭100的有效焦距可達8~22mm，因此亦具有長景深的優點。
圖2A至圖2D是圖1A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。圖2E至圖2H是圖1B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。此外，圖2A至圖2H皆是利用波長為587奈米(nm)的光所作的光學模擬數據圖。在圖2A與圖2E的縱向球差圖形中，縱軸為像高，且像高為1處代表是在最大場(maximum field)處。此外，在圖2B與圖2F的像散場曲圖形中，S代表弧矢(sagittal)方向的數據，而T代表子午(tangential)方向的數據。在圖2D與圖2H的橫向色差圖形中，Short-Long(S-L)代表短波長486nm與長波長656nm的差異，Short-Ref(S-R)代表短波長486nm與參考波長587nm的差異。如圖2A至2H所示，變焦鏡頭100的焦距為在望遠端及廣角端於縱向球差(longitudinal spherical aberration)、畸變(distortion)、像散場曲(astigmatic field curves)及橫向色差(lateral color)方面上，皆有良好的成像品質。因此，本實施例的變焦鏡頭 100可在維持良好成像品質的前提下，達到小體積及低成本的優點。
圖3A至圖3B分別是本發明另一實施例的一種變焦鏡頭的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。請參照圖3A至圖3B，本實施例的變焦鏡頭300與圖1A至圖1B的變焦鏡頭100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的變焦鏡頭300中，第一透鏡群310的第三透鏡313為雙凹透鏡，而第二透鏡群320的第四透鏡321為凹面(S310)朝向像側的凹凸透鏡以及第七透鏡324為雙凹透鏡。此外，在本實施例中，第四透鏡321為非球面透鏡，且第三透鏡313與第七透鏡324為球面透鏡。另一方面，在本實施例中，第二透鏡112與第三透鏡113的阿貝數皆大於70，但本發明不以此為限。
另一方面在本實施例中，第二透鏡群320更包括第九透鏡326，配置於第四透鏡321與第五透鏡122之間，第九透鏡326的屈光度為正，且為球面透鏡。舉例而言，在本實施例中，第九透鏡326例如為雙凸透鏡，但本發明不以此為限。
此外，在本實施例中，第一透鏡群310與第二透鏡群320的作動機制與圖1實施例中的第一透鏡群110與第二透鏡群120的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。在本實施例中，由於變焦鏡頭300與變焦鏡頭100結構相似，因此，變焦鏡頭300同樣具有變焦鏡頭100所提及的優點，在此亦不再贅述。
同樣地，以下內容將舉出變焦鏡頭300的一實施例，然 而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表四中，曲率半徑是指每一表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離。舉例來說，表面S301的間距，即表面S301至表面S302間的距離。備註欄中各透鏡所對應的厚度、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的數值。此外，表面S301、S302是第一透鏡111的兩表面，表面S303、S304是第二透鏡112的兩表面，而表面S305、S306是第三透鏡313的兩表面。表面S307、S308是濾光片130的兩表面，且表面S308為孔徑光闌131的表面。表面S309、S310是第四透鏡321的兩表面，表面S311、S312是第九透鏡326的兩表面，表面S313是第五透鏡122朝向物側的表面，表面S314是第五透鏡122與第六透鏡123接觸的表面，表面S315是第六透鏡123的朝向像側的表面，表面S316、S317是第七透鏡324的兩表面，表面S318、S319是第八透鏡125的兩表面。表面S320與S321為玻璃蓋150的兩表面。在本實施例中，變焦鏡頭300用於成像時，像側可設置影像感測元件160，其中玻璃蓋150用以保護影像感測元件160，且表面S321即為影像感測元件160的成像表面SI。此外， 在本實施例中，影像感測元件160例如為電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件。
承上述，表面S309、S310為非球面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S309、S310的非球面係數及各參數值如表五所示：
在表六中分別列出變焦鏡頭300的焦距為廣角端及望遠端時的一些重要參數值，包括有效焦距、視場角、F數值及可變間距d1、d2、d3。
如表六所示，由於本實施例的變焦鏡頭300的F數值可小至1.6，所以具有光圈較大的優點。此外，由於變焦鏡頭300的有效焦距可達8~22mm，因此亦具有長景深的優點。
圖4A至圖4D是圖3A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。圖4E至圖4H是圖3B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。此外，圖4A至圖4H皆是利用波長為587nm的光所作的光學模擬數據圖。在圖4A與圖4E的縱向球差圖形中，縱軸為像高，且像高為1處代表是在最大場處。此外，在圖4B與圖4F的像散場曲圖形中，S代表弧矢方向的數據，而T代表子午方向的數據。在圖4D與圖4H的橫向色差圖形中，Short-Long(S-L)代表短波長486nm與長波長656nm的差異，Short-Ref(S-R)代表短波長486nm與參考波長587nm的差異。如圖4A至4H所示，變焦鏡頭300的焦距為在望遠端及廣角端於縱向球差、畸變、像散場曲及橫向色差方面上，皆有良好的成像品質。因此，本實施例的變焦鏡頭300亦可在維持良好成像品質的前提下，達到小體積及低成本的優點。
圖5A至圖5B分別是本發明又一實施例的一種變焦鏡頭 的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。請參照圖5A至圖5B，本實施例的變焦鏡頭500與圖1A至圖1B的變焦鏡頭100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的變焦鏡頭500中，第一透鏡群510的第一透鏡511、第二透鏡512、第三透鏡513的屈光度分別為負、負、正。詳細而言，在本實施例中，第一透鏡群510的第一透鏡511、第二透鏡512、第三透鏡513亦各為球面透鏡。更詳細而言，在本實施例中，第一透鏡511、第二透鏡512及第三透鏡513分別為雙凹透鏡、雙凹透鏡及凹面(S508)朝向像側的凹凸透 鏡。此外，在本實施例中，第一透鏡511的阿貝數大於70，而第二透鏡512及第三透鏡513形成第二膠合透鏡D511，但本發明皆不以此為限。
另一方面，在本實施例中，第二透鏡群520的第四透鏡 521為凹面(S512)朝向像側的凹凸透鏡，且第四透鏡521亦為非球面透鏡。此外，本實施例的變焦鏡頭500更符合-1.4<f1/fw<-1.0以及0.8<|f1/f2|<1.2，其中f1為第一透鏡群510的有效焦距，fw為變焦鏡頭500切換至廣角端時的有效焦距，f2為第二透鏡群520的有效焦距。在本實施例中，第一透鏡群510與第二透鏡群520的作動機制與圖1實施例中的第一透鏡群110與第二透鏡群120的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。
另一方面，請參照圖5A至圖5B，在本實施例中，變焦鏡頭500更包括第三透鏡群540。第三透鏡群540具有正屈光度，並配置於物側與第一透鏡群510之間。具體而言，第三透鏡群540包括從物側至像側依序排列的第十透鏡541以及第十一透鏡542，且第十透鏡541以及第十一透鏡542的屈光度分別為正、負。詳細而言，在本實施例中，第十透鏡541以及第十一透鏡542各為球面透鏡。更詳細而言，第十透鏡541以及第十一透鏡542分別為雙凸透鏡及凸面(S503)朝向像側的凸凹透鏡，且兩者形成第三雙膠合透鏡D541，但本發明不以此為限。
進一步而言，在本實施例中，第三透鏡群540相對於變焦鏡頭500固定不動，且當變焦鏡頭500切換至廣角端時，變焦 鏡頭500符合D/TTL>0.45，其中D為孔徑光闌131至位於像側的成像面SI的距離，TTL為第十透鏡541面向物側的表面S501與變焦鏡頭500的光軸L相交的交點P3 至成像面SI的距離。如此一來，可限制變焦鏡頭500的厚度，而可縮小變焦鏡頭500的體積。
在本實施例中，由於變焦鏡頭500與變焦鏡頭100結構相似，因此，變焦鏡頭500同樣具有變焦鏡頭100所提及的優點，在此便不再贅述。
同樣地，以下內容將舉出變焦鏡頭500的一實施例，然而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表七中，曲率半徑是指每一表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離。舉例來說，表面S501的間距，即表面S501至表面S502間的距離。備註欄中各透鏡所對應的厚度、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的數值。此外，表面S501是第十透鏡541朝向物側的表面，表面S502是第十透鏡541與第十一透鏡542接觸的表面，表面S503是第十
一透鏡542的朝向像側的表面。表面S504、S505是第一透鏡511的兩表面，表面S506是第二透鏡512朝向物側的表面，表面S507是第二透鏡512與第三透鏡513接觸的表面，表面S508是第三透鏡513的朝向像側的表面。表面S509、S510是濾光片130的兩表面，且表面S510為孔徑光闌131的表面。表面S511、S512是第四透鏡521的兩表面，表面S513是第五透鏡122朝向物側的表面，表面S514是第五透鏡122與第六透鏡123接觸的表面，表面S515是第六透鏡123的朝向像側的表面，表面S516、S517是第七透鏡124的兩表面，表面S518、S519是第八透鏡125的兩表面。表面S520與S521為玻璃蓋150的兩表面。在本實施例中，變焦鏡頭500用於成像時，像側可設置影像感測元件160，其中玻璃蓋150用以保護影像感測元件160，且表面S522即為影像感測元件160的成像表面SI。此外，在本實施例中，影像感測元件160例如為電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件。
承上述，表面S511、S512為非球面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S511、S512的非球面係數及各參數值如表八所示：
在表九中分別列出變焦鏡頭500的焦距為廣角端及望遠端時的一些重要參數值，包括有效焦距、視場角、F數值及可變間距d1、d2、d3。
如表九所示，由於本實施例的變焦鏡頭500的F數值可小至1.6，所以具有光圈較大的優點。由於變焦鏡頭500的有效焦距可達8~22mm，因此亦具有長景深的優點。
圖6A至圖6D是圖5A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。圖6E至圖6H是圖5B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。此外，圖6A至圖6H皆是利用波長為587nm的光所作的光學模擬數據圖。在圖6A與圖6E的縱向球差圖形中，縱軸為像高，且像高為1處代表是在最大場處。此外，在圖6B與圖6F的像散場曲圖形中，S代表弧矢方向的數據，而T代表子午方向的數據。在圖6D與圖6H的橫向色差圖形中，Short-Long(S-L)代表短波長486nm與長波長656nm的差異，Short-Ref(S-R)代表短 波長486nm與參考波長587nm的差異。如圖6A至6H所示，變焦鏡頭500的焦距為在望遠端及廣角端於縱向球差、畸變、像散場曲及橫向色差方面上，皆有良好的成像品質。因此，本實施例的變焦鏡頭500亦可在維持良好成像品質的前提下，達到小體積及低成本的優點。
圖7A至圖7B分別是本發明再一實施例的一種變焦鏡頭的焦距為廣角端與望遠端的示意圖。請參照圖7A至圖7B，本實施例的變焦鏡頭700與圖5A至圖5B的變焦鏡頭500類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的變焦鏡頭700中，第一透鏡群510的第一透鏡511與第二透鏡512的阿貝數皆大於70，而第二透鏡群720的第四透鏡721為雙凸透鏡的非球面透鏡，但本發明皆不以此為限。此外，在本實施例中，第二透鏡群720更包括第九透鏡726，配置於第四透鏡721與第五透鏡122之間，且第九透鏡726的屈光度為正，並為球面透鏡。舉例而言，在本實施例中，第九透鏡726例如為雙凸透鏡，但本發明亦不以此為限。
在本實施例中，第一透鏡群510與第二透鏡群720的作動機制與圖1實施例中的第一透鏡群110與第二透鏡群120的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。此外，在本實施例中，由於變焦鏡頭700與變焦鏡頭500結構相似，因此，變焦鏡頭700同樣具有變焦鏡頭500所提及的優點，在此便不再贅述。
同樣地，以下內容將舉出變焦鏡頭700的一實施例，然 而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表十中，曲率半徑是指每一表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離。舉例來說，表面S701的間距，即表面S701至表面S702間的距離。備註欄中各透鏡所對應的厚度、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的數值。此外，表面S701是第十透鏡541朝向物側的表面，表面S702是第十透鏡541與第十一透鏡542接觸的表面，表面S703是第十一透鏡542的朝向像側的表面。表面S704、S705是第一透鏡511的兩表面，表面S706是第二透鏡512朝向物側的表面，表面S707是第二透鏡512與第三透鏡513接觸的表面，表面S708是第三透鏡513的朝向像側的表面。表面S709、S7510是濾光片130的兩表面，且表面S710為孔徑光闌131的表面。表面S711、S712是第四透鏡721的兩表面。表面S713、S714是第九透鏡726的兩表面。表面S715是第五透鏡122朝向物側的表面，表面S716是第五透鏡122與第六透鏡123接觸的表面，表面S717是第六透鏡123 的朝向像側的表面，表面S718、S719是第七透鏡124的兩表面，表面S720、S721是第八透鏡125的兩表面。表面S722與S723為玻璃蓋150的兩表面。在本實施例中，變焦鏡頭700用於成像時，像側可設置影像感測元件160，其中玻璃蓋150用以保護影像感測元件160，且表面S724即為影像感測元件160的成像表面SI。此外，在本實施例中，影像感測元件160例如為電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件。
承上述，表面S711、S712為非球面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S711、S712的非球面係數及各參數值如表十一所示：
在表十二中分別列出變焦鏡頭700的焦距為廣角端及望遠端時的一些重要參數值，包括有效焦距、視場角、F數值及可變間距d1、d2、d3。
如表十二所示，由於本實施例的變焦鏡頭700的F數值可小至1.6，所以具有光圈較大的優點。由於變焦鏡頭700的有效焦距可達8~22mm，因此亦具有長景深的優點。
圖8A至圖8D是圖7A的變焦鏡頭於廣角端時的光學模擬數據圖。圖8E至圖8H是圖7B的變焦鏡頭於望遠端時的光學模擬數據圖。此外，圖8A至圖8H皆是利用波長為587nm的光所作的光學模擬數據圖。在圖8A與圖8E的縱向球差圖形中，縱軸為像高，且像高為1處代表是在最大場處。此外，在圖8B與圖8F的像散場曲圖形中，S代表弧矢方向的數據，而T代表子午方向的數據。在圖8D與圖8H的橫向色差圖形中，Short-Long(S-L)代表短波長486nm與長波長656nm的差異，Short-Ref(S-R)代表短波長486nm與參考波長587nm的差異。如圖8A至8H所示，變焦鏡頭700的焦距為在望遠端及廣角端於縱向球差、畸變、像散場曲及橫向色差方面上，皆有良好的成像品質。因此，本實施例 的變焦鏡頭700亦可在維持良好成像品質的前提下，達到小體積及低成本的優點。
綜上所述，本發明的實施例的變焦鏡頭搭配屈光度分別為負與正的第一透鏡群與第二透鏡群，且藉由第一透鏡群與第二透鏡群的搭配，來減低像差與色差。此外，在變焦的過程中，由於變焦鏡頭的連動機構較為簡單，如此不僅能降低成本，亦使變焦鏡頭具有小體積的優點。另一方面，本發明的實施例的F數值可小至1.6以及變焦鏡頭的有效焦距可達8~22mm，因此亦具有大光圈與長景深的優點。另外，由於本實施例的變焦鏡頭中使用的非球面透鏡與低色散鏡片的數量較少且沒有使用超低色散鏡片，而可節省透鏡鏡片的成本，進而可提高生產良率。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。另外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二” 等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
100‧‧‧變焦鏡頭
110‧‧‧第一透鏡群
111‧‧‧第一透鏡
112‧‧‧第二透鏡
113‧‧‧第三透鏡
120‧‧‧第二透鏡群
121‧‧‧第四透鏡
122‧‧‧第五透鏡
123‧‧‧第六透鏡
124‧‧‧第七透鏡
125‧‧‧第八透鏡
130‧‧‧濾光片
131‧‧‧孔徑光闌
150‧‧‧玻璃蓋
160‧‧‧影像感測元件
D121‧‧‧雙膠合透鏡
SI‧‧‧成像面
P1 ‧‧‧交點
L‧‧‧光軸
S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S108、S109、S110、S111、S112、S113、S114、S115、S116、S117、S118、S119、S120‧‧‧表面
D、TTLW ‧‧‧距離
d1、d2、d3‧‧‧間距

Claims (26)

  1. 一種變焦鏡頭，包括：一第一透鏡群，具有負屈光度，該第一透鏡群包括從一物側至一像側排列的一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡；以及一第二透鏡群，具有正屈光度，並配置於該第一透鏡群與該像側之間，該第二透鏡群包括從該物側至該像側排列的一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡、一第七透鏡以及一第八透鏡，其中該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡至少其一的阿貝數大於70，且該第一透鏡朝向物側的表面為凹面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，更包括一孔徑光闌，配置於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間，並相對於該變焦鏡頭固定不動，該第一透鏡群與該第二透鏡群適於相對該孔徑光闌移動，以使該變焦鏡頭在該廣角端與一望遠端之間切換，其中該第二透鏡群適於移動以進行變焦，且該第一透鏡群適於移動以進行對焦。
  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、該第二透鏡、該第三透鏡的屈光度分別為正、負、負。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡分別為凹面朝向該物側的凹凸透鏡、雙凹透鏡及凸面朝向該像側的凸凹透鏡。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡分別為凹面朝向該物側的凹凸透 鏡、雙凹透鏡及雙凹透鏡。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合-2.4<f1/fw <-1.9，其中f1為該第一透鏡群的有效焦距，fw 為該變焦鏡頭切換至該廣角端時的有效焦距。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合1.3<|f1/f2|<1.7，其中f1為該第一透鏡群的有效焦距，f2為該第二透鏡群的有效焦距。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合D/TTLW >0.65以及D/TTLT >0.75，其中D為該孔徑光闌至位於該像側的一成像面的距離，而TTLW 為該變焦鏡頭切換至該廣角端時，該第一透鏡面向該物側的一表面與該變焦鏡頭的一光軸相交的交點至該成像面的距離，且TTLT 為該變焦鏡頭切換至該望遠端時，該第一透鏡面向該物側的該表面與該變焦鏡頭的該光軸相交的交點至該成像面的距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第二透鏡群更包括一第九透鏡，配置於該第四透鏡與該第五透鏡之間，且該第九透鏡的屈光度為正。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的變焦鏡頭，其中該第九透鏡為雙凸透鏡。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡的屈光度分別為負、負、正。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的變焦鏡頭，其中該第一透 鏡、該第二透鏡及該第三透鏡分別為雙凹透鏡、雙凹透鏡及凹面朝向該像側的凹凸透鏡。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭更包括一第三透鏡群，具有正屈光度，配置於該物側與該第一透鏡群之間，該第三透鏡群包括從該物側至該像側依序排列的第十透鏡以及第十一透鏡，且該第十透鏡、該第十一透鏡的屈光度分別為正、負。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，其中該第十透鏡以及該第十一透鏡各為一球面透鏡。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，其中該第十透鏡以及該第十一透鏡分別為雙凸透鏡以及凸面朝向該像側的凸凹透鏡。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，其中該第三透鏡群相對於該變焦鏡頭固定不動。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合-1.4<f1/fw <-1.0，其中f1為該第一透鏡群的有效焦距，fw 為該變焦鏡頭切換至該廣角端時的有效焦距。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合0.8<|f1/f2|<1.2，其中f1為該第一透鏡群的有效焦距，f2為該第二透鏡群的有效焦距。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的變焦鏡頭，該變焦鏡頭符合D/TTL>0.45，其中D為該孔徑光闌至位於該像側的一成像面 的距離，TTL為該第十透鏡面向該物側的一表面與該變焦鏡頭的一光軸相交的交點至該成像面的距離。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡各為一球面透鏡，且該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡以及該第八透鏡至少其一為一非球面透鏡。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的變焦鏡頭，其中該第四透鏡為該非球面透鏡。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡及該第八透鏡分別為雙凸透鏡、凸面朝向該物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、凸面朝向該物側的凸凹透鏡及凹面朝向該像側的凹凸透鏡。
  23. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡及該第八透鏡分別為凹面朝向該像側的凹凸透鏡、凸面朝向該物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡及凹面朝向該像側的凹凸透鏡。
  24. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡及該第八透鏡分別為凹面朝向該像側的凹凸透鏡、凸面朝向該物側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、凸面朝向該物側的凸凹透鏡及凹面朝向該像側的凹凸透鏡。
  25. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡以及該第八透鏡的屈 光度分別為正、負、正、負、正，其中該變焦鏡頭符合-2.4<f1/fw <-1.0，f1為該第一透鏡群的有效焦距，fw 為該變焦鏡頭切換至一廣角端時的有效焦距。
  26. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中該第二透鏡群中的至少二相鄰透鏡形成一雙膠合透鏡，且該至少二相鄰透鏡中至少其一的阿貝數大於70。
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