CN101295070A - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，由物端到成像端于光轴上依序包括有第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑、第三透镜组及第四透镜组。其中变焦镜头符合下列条件：(见上式)，Y为成像端对角最大长度，L为变焦镜头全长，f_W为变焦镜头于广角端的焦距，f_T为变焦镜头于望远程的焦距。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种镜头，且特别涉及一种变焦镜头。

背景技术

近年来，相机装置快速发展，并且趋于轻薄短小的设计，相机上的光学镜头设计也就越趋重要。一般相机镜头可分为定焦镜头与变焦镜头，变焦镜头可变焦距的特性，可在单一镜头的设计下，为相机提供多种构图，而受到广泛的应用。

虽然变焦镜头设计已经发展了一段时日，但整个变焦镜头的光学系统成本及成像品质，依然有许多的进步空间，尤其是现在各种携带式电子装置都装设有影像撷取装置的前提下，变焦镜头的长度亦为设计时所需考虑的条件之一，以避免携带式电子装置的体积过于庞大。

因此如何降低变焦镜头的光学系统成本及体积，并提供良好的成像品质，使相关应用装置可以缩小整体体积与成本，为目前各厂商所努力的目标。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种变焦镜头，用以降低成本与体积，并提供良好的成像品质。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种变焦镜头，由物端到成像端于光轴上依序包括有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组及孔径光阑。第一透镜组为正屈光率，具有不黏合彼此间隔设置的第一新月形透镜与第二凸透镜。第二透镜组为负屈光率。第三透镜组为正屈光率，由第五双凸透镜与第六双凹透镜接合而成，且第五双凸透镜靠近物端。第四透镜组为正屈光率，孔径光阑设置于第二透镜组与第三透镜组之间。当变焦镜头进行变焦时，第二透镜组与第三透镜组会于该光轴上进行相反方向的移动，第一透镜组与孔径光阑于光轴上的位置保持固定。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第一透镜组的两透镜自物端至成像端依序为第一新月形凹透镜与第二凸透镜，且所述第一新月形凹透镜的物端表面朝所述物端凸出。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第一透镜组为玻璃材质，且所述第一新月形凹透镜与所述第二凸透镜为球面透镜。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第一透镜组为塑料材质，且所述第一透镜组具有至少一个非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述二透镜组自物端至成像端依序具有第三凹透镜与第四凸透镜。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四凸透镜为阿贝系数小于30的塑料材料制成。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四凸透镜至少有一面为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜的非接合面皆具有树脂复合镜片所构成的非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜为玻璃模造镜片，且非接合面皆为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四透镜组由第七塑料透镜所组成，所述第七塑料透镜具有至少一面为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四透镜组于所述变焦镜头进行对焦时，沿光轴移动。

在本发明所述的变焦镜头中，符合下列条件：

$\frac{Y\×L}{2\×f_W\×f_T}\≤1.06$

其中，Y为成像端对角最大长度，L为所述变焦镜头全长，f_W为所述变焦镜头于广角端的焦距，f_T为所述变焦镜头于望远程的焦距。

在本发明所述的变焦镜头中，更包含滤波器，设置于所述第四透镜组与所述成像端之间。

本发明还提出了一种变焦镜头，由物端到成像端于光轴上依序包括有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第四透镜组。第一透镜组为正屈光率，具有第一新月形凹透镜与第二凸透镜。第一新月形凹透镜靠近物端，且第一新月形凹透镜之物端面朝向物端凸出。此外，第一新月形凹透镜与第二凸透镜间隔预设距离而设置。第二透镜组为负屈光率，具有第三凹透镜与第四凸透镜，且第三凹透镜靠近物端。第三透镜组为正屈光率，由第五双凸透镜与第六双凹透镜接合而成，且第五双凸透镜靠近物端。第四透镜组为正屈光率，由第七塑料透镜组成，且第七塑料透镜具有至少一面为非球面。其中，变焦透镜符合下列条件：

$\frac{Y\×L}{2\×f_W\×f_T}\≤1.06$

Y为成像端对角最大长度，L为变焦镜头全长，f_W为变焦镜头于广角端的焦距，f_T为变焦镜头于望远程的焦距。

在本发明所述的变焦镜头中，进行变焦时，所述第二透镜组与所述第三透镜组于所述光轴上进行相反方向的移动，所述第一透镜组于所述光轴上位置保持固定。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第一透镜组为玻璃材质，且所述第一新月形凹透镜与所述第二凸透镜为球面透镜。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第一透镜组为塑料材质，且所述第一透镜组至少一个面为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四凸透镜为阿贝系数小于30的塑料材料制成。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四凸透镜至少有一面为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜的非接合面更具有一个树脂复合镜片所构成的非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜为玻璃模造镜片，且非接合面为非球面。

在本发明所述的变焦镜头中，所述第四透镜组于所述变焦镜头进行对焦时，沿光轴移动。

在本发明所述的变焦镜头中，更包含滤波器，设置于第四透镜组与所述成像端之间。

在本发明所述的变焦镜头中，更包含孔径光阑，设置于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间，且所述孔径光阑在所述变焦镜头变焦时，于所述光轴上的位置保持固定。

本发明实施例的变焦镜头采用四群透镜组的架构来提供良好的成像品质。且第一透镜组的各镜片间具有一预设距离，以减少鬼影发生的可能性。变焦镜头更采用多枚塑料镜片，以降低成本，且通过适当的光学参数设计，来缩短光学系统的长度。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1A是本发明一实施例的变焦镜头于广角端的示意图。

图1B是本发明一实施例的变焦镜头于望远程的示意图。

图2A到2C分别是本发明第一实施例在62度、41度、22度视场角下的非点像差图。

图3A到3C分别是本发明第一实施例在62度、41度、22度视场角下的歪曲像差图。

图4A到4C分别是本发明第一实施例在62度、41度、22度视场角下的球面像差图。

图5A到5C分别是本发明第一实施例在62度、41度、22度视场角下的倍率色像差图。

图6A到6C分别是本发明第一实施例在62度、41度、22度视场角下的彗星像差图。

具体实施方式

本发明的变焦镜头实施例具有四群透镜组，提高成像品质，部份透镜使用塑料材质，以降低整体成本。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可变更其中的光学参数与部份透镜的材质，以符合实际应用的情形。

请参照图1A。此图是实施例的变焦镜头100于广角端(Wide-Angle)的示意图。当变焦镜头100设置于相机上时，成像端170即为感光组件。变焦镜头100由物端190到成像端170于光轴180上依序包括有第一透镜组110、第二透镜组120、第三透镜组130与第四透镜组140。第一透镜组110为正屈光率，且具有第一新月形凹透镜112与第二凸透镜114。第一新月形凹透镜112较第二凸透镜114靠近物端190，且第一新月形凹透镜112与第二凸透镜114间隔有一个预设距离而设置，亦即第一新月形凹透镜112与第二凸透镜114不黏合且彼此间隔设置，以减少鬼影发生的可能性。

第二透镜组120为负屈光率，具有第三凹透镜122与第四凸透镜124。第三凹透镜112较第四凸透镜124靠近物端190。

第三透镜组130为正屈光率，由第五双凸透镜132与第六双凹透镜134接合而成，且第五双凸透镜132较第六双凹透镜134靠近物端190。第四透镜组140为正屈光率，具有第七塑料透镜142，且第七塑料透镜至少有一面为非球面。此外，变焦镜头100更具有孔径光阑150设置于第二透镜组120与第三透镜组130之间。

接着请同时参照图1B，此为变焦镜头100于望远程(Telephoto)的示意图。当变焦镜头100进行变焦时，第二透镜组120与第三透镜组130会于光轴180上进行相反方向的移动。当变焦镜头100由广角端成为望远程时，第二透镜组120往成像端170的方向移动，第三透镜组130则向物端190的方向移动。而整个变焦过程中，第一透镜组110与孔径光阑150于光轴180上的位置保持固定。

第一透镜组110中的第一新月形凹透镜122曲面物端表面朝向物端190凸出。在整个变焦过程中，第一透镜组110的位置保持不变，且第一透镜组110为玻璃材质，而第一新月形凹透镜112与第二凸透镜124为球面透镜。于其它实施例中，第一透镜组110亦可为塑料材质，且第一透镜组110至少有一面为非球面。

第二透镜组120中的第四凸透镜124由阿贝系数(Vd)小于30的塑料材料所制成，且至少有一面为非球面。

第三透镜组130的第五双凸透镜132与第六双凹透镜134的非接合面上，具有树脂复合镜片136所构成的非球面。于其它实施例中，第五双凸透镜132与第六双凹透镜134亦可为玻璃模造镜片，且非接合面都为非球面。

第四透镜组140的第七塑料透镜142于变焦镜头100进行对焦时，沿光轴180移动。当变焦镜头100于近距离取景时，第四透镜组140向第三透镜组130的方向移动。此外，第四透镜组140亦可于变焦镜头100进行变焦时沿光轴180移动，或者于变焦后沿光轴180移动，以作为变焦系统的补正之用。

而实施例的变焦镜头100更符合下列条件：

$\frac{Y\×L}{2\×f_W\×f_T}\≤1.06$

其中，Y为成像端对角最大长度，L为变焦镜头100全长，f_W为变焦镜头于广角端的焦距，f_T为变焦镜头于望远程的焦距。

此外，变焦镜头100包含滤波器160，设置于第四透镜组140与成像端170之间。

为了显示变焦镜头100的实用性与优点，将依据上述条件设计实施例，并公开出实施例中的光学参数及光学特性图标。

第一实施例

表1依序列举变焦镜头的各透镜组的各项参数，其中表面序号中的第一位数字表示从物端至成像端的透镜编号，第二位数字表示透镜表面的编号，以此类推。STO.为孔径光阑，FS1与FS2为滤波器的两面。

变焦镜头于变焦时，D1、D2、D3及D4距离会有所变动，表2则列出变焦镜头于广角端、望远程及两者之间的距离参数(D1、D2、D3及D4)：

由表1及表2可得知变焦镜头全长L约为5毫米(mm)，成像端对角最大长度Y约为1.25毫米(mm)，广角端的焦距f_W为1.0毫米(mm)，望远程的焦距f_T为3.0毫米(mm)，因此本实施例符合上述的条件式。

此外，实施例的变焦镜头具有多个非球面，非球面透镜系数方程式如下：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{1/2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}$

其中，z为透镜的sag值，亦即透镜面的凹陷度，c为曲率半径的倒数，h为透镜面到光轴间的距离，k为圆锥系数(Conic Coefficient)，A到D则分别为高阶非球面系数。圆锥系数与各非球面的高阶非球面系数依序列于表3及表4中：

接着请参考图2A到2C，此为本实施例在不同视场角(Field Angle)下的非点像差图。其中图2A为62度，图2B为41度，图2C为22度。各图中的M代表入射光的子午光线(Meridian Ray)，S代表入射光的弧矢光线(Sagittal Ray)。横坐标表示成像点到理想像面的距离，纵坐标为理想像高或入射角度。如图所示，变焦镜头于广角端到望远程的非点像差均在0.05毫米以内。

图3A到3C为本实施例在不同视场角下的歪曲像差。其中图3A为62度，图3B为41度，图3C为22度。各图中横坐标表示成像点到理想点的百分比差，纵坐标为理想像高或入射角度。由图中可知变焦镜头于广角端到望远程的歪曲像差均在5％以内。

请参照图4A到4C，此为实施例的变焦镜头在不同视场角下的球面像差图。其中图4A为62度，图4B为41度，图4C为22度。如图所示，变焦镜头于广角端到望远程的非点像差均在0.05毫米以内。

图5A到5C为实施例的变焦镜头在不同视场角下的倍率色像差图。其中图5A为62度，图5B为41度，图5C为22度。根据图中所示，变焦镜头于广角端到望远程的倍率色像差均在0.005毫米以内。

请参照图6A到6C，此为实施例的变焦镜头在不同视场角下的彗星像差图。其中图6A为62度下，且像高分别于0Y、0.5Y与0.7Y的彗星像差图。图6B为41度下，且像高分别于0Y、0.5Y与0.7Y的彗星像差图。图6C为22度下，且像高分别于0Y、0.5Y与0.7Y的彗星像差图。由图中可知，变焦镜头于广角端到望远程的彗星像差在绝大部分的情况下都不严重。

本发明实施例的变焦镜头采用四群透镜组的架构来提高成像品质，且第一透镜组的各镜片间具有一预设距离，可减少鬼影发生的可能性。此外，部份镜片使用塑料材质，可以降低成本，且通过适当的光学参数设计，缩短整个光学系统的长度。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1、一种变焦镜头，其特征在于，由物端至成像端于光轴上依序至少包含：

第一透镜组，为正屈光率，具有不黏合且彼此间隔设置的两透镜；

第二透镜组，为负屈光率；

第三透镜组，为正屈光率，由第五双凸透镜与第六双凹透镜接合而成，所述第五双凸透镜靠近所述物端；

第四透镜组，为正屈光率；以及

孔径光阑，设置于第二透镜组与第三透镜组之间；

其中，当所述变焦镜头进行变焦时，所述第二透镜组与所述第三透镜组于所述光轴上进行相反方向的移动，以及所述第一透镜组与所述孔径光阑于所述光轴上位置保持固定。

2、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组的两透镜自物端至成像端依序为第一新月形凹透镜与第二凸透镜，且所述第一新月形凹透镜的物端表面朝所述物端凸出。

3、如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组为玻璃材质，且所述第一新月形凹透镜与所述第二凸透镜为球面透镜。

4、如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组为塑料材质，且所述第一透镜组具有至少一个非球面。

5、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述二透镜组自物端至成像端依序具有第三凹透镜与第四凸透镜。

6、如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四凸透镜为阿贝系数小于30的塑料材料制成。

7、如权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四凸透镜至少有一面为非球面。

8、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜的非接合面皆具有树脂复合镜片所构成的非球面。

9、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五双凸透镜与所述第六双凹透镜为玻璃模造镜片，且非接合面皆为非球面。

10、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜组由第七塑料透镜所组成，所述第七塑料透镜具有至少一面为非球面。

11、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜组于所述变焦镜头进行对焦时，沿光轴移动。

12、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头符合下列条件：

$\frac{Y\×L}{2\×f_W\×f_T}\≤1.06$

其中，Y为成像端对角最大长度，L为所述变焦镜头全长，f_W为所述变焦镜头于广角端的焦距，f_T为所述变焦镜头于望远程的焦距。

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