CN102566020A - 小型化变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型化变焦镜头，包含沿光轴且由物侧至像侧依序排列的第一镜群、第二镜群、光圈、第三镜群、第四镜群以及成像面。其中，第一镜群具有正屈光力，并包含有至少两片镜片，其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；第二镜群具有负屈光力，并包含有三片镜片，该三镜片其中一片具有正屈光力，另外两片具有负屈光力；第三镜群具有正屈光力，并包含有至少两片镜片，其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；第四镜群具有正屈光力。该小型化变焦镜头由广角状态变化至望远状态时，第一镜群往物侧方向移动、第二镜群往像侧方向移动、第三镜群往物侧方向移动。

Description

小型化变焦镜头
技术领域
本发明与镜头有关，更详而言之是指一种小型化变焦镜头。
背景技术
近年来，随着科技的进步，如相机、摄影机、显微镜或扫描仪等影像装置，为方便人们携带与使用，而逐渐趋向小型化与轻量化发展，进而使得影像装置所用的变焦镜头的体积也因此被大幅缩小。另外，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使影像达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能，是现今变焦镜头发展不可缺两项要件。
然而，目前影像装置所采用的变焦镜头，为达到高光学效能的目的，不外乎使用了多组的镜群，甚至有镜片总合多于十片者，而无法有效减少体积及重量。另外，亦有为达到使变焦镜头小型化的目的，仅使用数片镜片，而使得其光学效能无法有效提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的变焦镜头无法兼顾小型化与高光学性能的缺陷，提供一种小型化变焦镜头，不仅可有效地达到小型化的目的，且同时具有高光学效能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种小型化变焦镜头，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的第一镜群、第二镜群、光圈、第三镜群、第四镜群以及成像面。其中，该第一镜群具有正屈光力，并包含有至少两片镜片，且其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；该第二镜群具有负屈光力，并包含有三片镜片，且该三镜片其中一片具有正屈光力，另外两片具有负屈光力；该第三镜群具有正屈光力，并包含有至少两片镜片，且其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；该第四镜群具有正屈光力。另外，该小型化变焦镜头由广角(wide-angle)状态变化至望远(telephoto)状态时，该第一镜群往物侧方向移动、该第二镜群往像侧方向移动、该第三镜群往物侧方向移动。
藉此，利用上述镜片配置及变焦设计达到小型化及高光学效能的目的。
附图说明
图1为第一较佳实施例在广角状态时的镜片配置图。
图2为第一较佳实施例在中间状态时的镜片配置图。
图3为第一较佳实施例在望远状态时的镜片配置图。
图4A为第一较佳实施例在广角状态时的场曲图及畸变图。
图4B为第一较佳实施例在广角状态时的倍率色差图。
图4C为第一较佳实施例在广角状态时的球面像差图。
图4D为第一较佳实施例在广角状态时的彗星像差图。
图5A为第一较佳实施例在中间状态时的场曲图及畸变图。
图5B为第一较佳实施例在中间状态时的倍率色差图。
图5C为第一较佳实施例在中间状态时的球面像差图。
图5D为第一较佳实施例在中间状态时的彗星像差图。
图6A为第一较佳实施例在望远状态时的场曲图及畸变图。
图6B为第一较佳实施例在望远状态时的倍率色差图。
图6C为第一较佳实施例在望远状态时的球面像差图。
图6D为第一较佳实施例在望远状态时的彗星像差图。
图7为第二较佳实施例在广角状态时的镜片配置图。
图8为第二较佳实施例在中间状态时的镜片配置图。
图9为第二较佳实施例在望远状态时的镜片配置图。
图10A为第二较佳实施例在广角状态时的场曲图及畸变图。
图10B为第二较佳实施例在广角状态时的倍率色差图。
图10C为第二较佳实施例在广角状态时的球面像差图。
图10D为第二较佳实施例在广角状态时的彗星像差图。
图11A为第二较佳实施例在中间状态时的场曲图及畸变图。
图11B为第二较佳实施例在中间状态时的倍率色差图。
图11C为第二较佳实施例在中间状态时的球面像差图。
图11D为第二较佳实施例在中间状态时的彗星像差图。
图12A为第二较佳实施例在望远状态时的场曲图及畸变图。
图12B为第二较佳实施例在望远状态时的倍率色差图。
图12C为第二较佳实施例在望远状态时的球面像差图。
图12D为第二较佳实施例在望远状态时的彗星像差图。
图13为第三较佳实施例在广角状态时的镜片配置图。
图14为第三较佳实施例在中间状态时的镜片配置图。
图15为第三较佳实施例在望远状态时的镜片配置图。
图16A为第三较佳实施例在广角状态时的场曲图及畸变图。
图16B为第三较佳实施例在广角状态时的倍率色差图。
图16C为第三较佳实施例在广角状态时的球面像差图。
图16D为第三较佳实施例在广角状态时的彗星像差图。
图17A为第三较佳实施例在中间状态时的场曲图及畸变图。
图17B为第三较佳实施例在中间状态时的倍率色差图。
图17C为第三较佳实施例在中间状态时的球面像差图。
图17D为第三较佳实施例在中间状态时的彗星像差图。
图18A为第三较佳实施例在望远状态时的场曲图及畸变图。
图18B为第三较佳实施例在望远状态时的倍率色差图。
图18C为第三较佳实施例在望远状态时的球面像差图。
图18D为第三较佳实施例在望远状态时的彗星像差图。
图19为第四较佳实施例在广角状态时的镜片配置图。
图20为第四较佳实施例在中间状态时的镜片配置图。
图21为第四较佳实施例在望远状态时的镜片配置图。
图22A为第四较佳实施例在广角状态时的场曲图及畸变图。
图22B为第四较佳实施例在广角状态时的倍率色差图。
图22C为第四较佳实施例在广角状态时的球面像差图。
图22D为第四较佳实施例在广角状态时的彗星像差图。
图23A为第四较佳实施例在中间状态时的场曲图及畸变图。
图23B为第四较佳实施例在中间状态时的倍率色差图。
图23C为第四较佳实施例在中间状态时的球面像差图。
图23D为第四较佳实施例在中间状态时的彗星像差图。
图24A为第四较佳实施例在望远状态时的场曲图及畸变图。
图24B为第四较佳实施例在望远状态时的倍率色差图。
图24C为第四较佳实施例在望远状态时的球面像差图。
图24D为第四较佳实施例在望远状态时的彗星像差图。
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。
请参阅图1至图3，为本发明第一较佳实施例的小型化变焦镜头1的镜片配置图。该小型化变焦镜头1包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜群G1、第二镜群G2、光圈ST、第三镜群G3、第四镜群G4以及成像面IMA。另外，可透过移动该第一镜群G1、该第二镜群G2以及该第三镜群G3，使该小型化变焦镜头区分为广角(wide-angle)状态(如图1)、中间(middle)状态(如图2)与望远(telephoto)状态(如图3)。再者，依使用上的需求，在该第四镜群G4与该成像面IMA之间更可设置玻璃覆盖CG(Cover Glass)，是平板玻璃。其中：
该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、第二镜片L2以及第三镜片L3。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面S1朝向物侧。该第二镜片L2为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S3朝向物侧且为非球面表面。该第三镜片L3为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面S5朝向物侧。
该第二镜群G2具有负屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第四镜片L4、第五镜片L5以及第六镜片L6。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S7、S8皆为非球面表面。该第五镜片L5为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S9、S10皆为非球面表面。该第六镜片L6为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S11朝向物侧且为非球面表面。
该第三镜群G3具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第七镜片L7、第八镜片L8以及第九镜片L9。该第七镜片L7为具有正屈光力的双凸镜片，且其朝向物侧的凸面S14为非球面表面。该第八镜片L8为具有正屈光力的双凸镜片，且其朝向像侧的凸面S17为非球面表面。该第九镜片L9为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S18、S19皆为非球面表面。
该第四镜群G4具有正屈光力，且包含有第十镜片L10。该第十镜片L10为具有正屈光力的双凸透镜，且其朝向物侧的凸面S20为非球面表面。
藉此，请参阅图1及图2，当该小型化变焦镜头1由广角(wide-angle)状态变化成中间(middle)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。另外，请参阅图2及图3，当该小型化变焦镜头1由中间(middle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往物侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。整体而言，请参阅图1及图3，当该小型化变焦镜头1由广角(wide-angle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。再者，当该小型化变焦镜头1在对焦(focusing)时，该第四镜群G4则往该物侧方向移动。
为使该小型化变焦镜头1具有较佳的光学效能，该小型化变焦镜头1更满足下列条件：
(1)0.35≤(MG1·fW)/(fT·Y)≤0.9
(2)0＜|(MG2·Y)/fG2|≤1.0
(3)1.3≤(fG2·MG3)/fG1≤1.8
(4)1.00≤|fG3/fG2|≤1.45
其中，MG1为该第一镜群G1在该小型化变焦镜头1由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG2为该第二镜群G2在该小型化变焦镜头1由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG3为该第三镜群G3在该小型化变焦镜头1由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；fW为该小型化变焦镜头1在该广角(wide-angle)状态时的焦距；fT为该小型化变焦镜头1在该望远(telephoto)状态时的焦距；fGl为该第一镜群G1的焦距；fG2为该第二镜群G2的焦距；fG3为该第三镜群G3的焦距；Y为该成像面IMA的最大对角长度的二分之一。
本发明第一实施例的小型化变焦镜头的焦距F(Focus Length)、成像面IMA二分之一对角长度Y、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radiusof curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表一所示：
表一
Figure BDA0000110698830000061
Figure BDA0000110698830000071
表一的厚度T中，(W)是指该小型化变焦镜头1在广角(wide-angle)状态时，于光轴Z上的间距；(M)是指该小型化变焦镜头1在中间(middle)状态时，于光轴Z上的间距；(T)是指该小型化变焦镜头1在望远(telephoto)状态时，于光轴Z上的间距。
本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S3、S7、S8、S9、S10、S11、S14、S17、S18、S19以及S20的表面凹陷度z由下列公式所得到：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 1 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16
其中：
z：非球面表面的凹陷度；
c：曲率半径的倒数；
h：表面的孔径半径；
k：圆锥系数；
A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。
在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表二所示：
表二
Figure BDA0000110698830000073
藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的小型化变焦镜头1不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在广角(wide-angle)状态时的成像质量上也可达到要求，这可从图4A至图4D看出。图4A所示的，是本实施例的小型化变焦镜头1的场曲图及畸变图；图4B所示的，是本实施例的小型化变焦镜头1的倍率色差图；图4C所示的，是本实施例的小型化变焦镜头1的球面像差图；图4D所示的，是本实施例的小型化变焦镜头1的彗星像差图。
从图4A可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大场曲不超过0.15mm与-0.09mm，且畸变量最大不超过-10％。从图4B可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大倍率色差不超过3μm。从图4C可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大球面像差不超过0.04mm以及-0.08mm。从图4D可看出，本实施例小型化变焦镜头1各视角的彗星像差皆不严重。
另外，该小型化变焦镜头1在中间(middle)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图5A至图5D看出。从图5A可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大场曲不超过0.03mm与-0.075mm，且畸变量最大不超过1％。从图5B可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大倍率色差不超过-1μm。从图5C可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大球面像差不超过0.06mm以及-0.05mm。从图5D可看出，本实施例小型化变焦镜头1各视角的彗星像差皆不严重。
再者，该小型化变焦镜头1在望远(telephoto)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图6A至图6D看出。从图6A可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大场曲不超过0.15mm与-0.06mm，且畸变量最大不超过3％。从图6B可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大倍率色差不超过-5μm。从图6C可看出，本实施例小型化变焦镜头1的最大球面像差不超过0.04mm以及-0.1mm。从图6D可看出，本实施例小型化变焦镜头1各视角的彗星像差皆不严重，显见本实施例的小型化变焦镜头1的光学效能是合乎标准的。
以上所述的，是本发明第一实施例的小型化变焦镜头1；依据本发明的技术，以下配合图7至图9说明本发明的第二实施例。
本实施例的小型化变焦镜头2包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜群G1、第二镜群G2、光圈ST、第三镜群G3、第四镜群G4以及成像面IMA。另外，该小型化变焦镜头2可透过移动该第一镜群G1、该第二镜群G2以及该第三镜群G3，而区分为广角(wide-angle)状态(如图7)、中间(middle)状态(如图8)与望远(telephoto)状态(如图9)。再者，在该第四镜群G4与该成像面IMA之间更同样设置有玻璃覆盖CG(Cover Glass)，其中：
该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、第二镜片L2以及第三镜片L3。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面S1朝向物侧。该第二镜片L2为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S3朝向物侧且为非球面表面。该第三镜片L3为具有正屈光力的双凸透镜。
该第二镜群G2具有负屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第四镜片L4、第五镜片L5以及第六镜片L6。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S7、S8皆为非球面表面。该第五镜片L5为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S9、S10皆为非球面表面。该第六镜片L6为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S11朝向物侧且为非球面表面。
该第三镜群G3具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第七镜片L7、第八镜片L8以及第九镜片L9。该第七镜片L7为具有正屈光力的双凸镜片，且其朝向物侧的凸面S14为非球面表面。该第八镜片L8为具有正屈光力的双凸镜片，且其朝向像侧的凸面S17为非球面表面。该第九镜片L9为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S18、S19皆为非球面表面。
该第四镜群G4具有正屈光力，且包含有第十镜片L10。该第十镜片L10为具有正屈光力的双凸透镜，且其朝向物侧的凸面S20为非球面表面。
藉此，请参阅图7及图8，当该小型化变焦镜头2由广角(wide-angle)状态变化成中间(middle)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。另外，请参阅图8及图9，当该小型化变焦镜头2由中间(middle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往物侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。整体而言，请参阅图7及图9，当该小型化变焦镜头2由广角(wide-angle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。再者，当该小型化变焦镜头2在进行对焦(focusing)时，该第四镜群G4则往该物侧方向移动。
为使该小型化变焦镜头2具有较佳的光学效能，该小型化变焦镜头2满足有下列条件：
(1)0.35≤(MG1·fW)/(fT·Y)≤0.9
(2)0＜|(MG2·Y)/fG2|≤1.0
(3)1.3≤(fG2·MG3)/fG1≤1.8
(4)1.00≤|fG3/fG2|≤1.45
其中，MG1为该第一镜群G1在该小型化变焦镜头2由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG2为该第二镜群G2在该小型化变焦镜头2由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG3为该第三镜群G3在该小型化变焦镜头2由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；fW为该小型化变焦镜头2在该广角(wide-angle)状态时的焦距；fT为该小型化变焦镜头2在该望远(telephoto)状态时的焦距；fG1为该第一镜群G1的焦距；fG2为该第二镜群G2的焦距；fG3为该第三镜群G3的焦距；Y为该成像面IMA的最大对角长度的二分之一。
本发明第二实施例的小型化变焦镜头2的焦距F(Focus Length)、成像面IMA二分之一对角长度Y、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radiusof curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表三所示：
表三
Figure BDA0000110698830000101
Figure BDA0000110698830000111
表三的厚度T中，(W)是指该小型化变焦镜头2在广角(wide-angle)状态时，于光轴Z上的间距；(M)是指该小型化变焦镜头2在中间(middle)状态时，于光轴Z上的间距；(T)是指该小型化变焦镜头2在望远(telephoto)状态时，于光轴Z上的间距。
本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S3、S7、S8、S9、S10、S11、S14、S17、S18、S19以及S20的表面凹陷度z由下列公式所得到：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 1 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16
其中：
z：非球面表面的凹陷度；
c：曲率半径的倒数；
h：表面的孔径半径；
k：圆锥系数；
A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。
在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表四所示：
表四
Figure BDA0000110698830000121
藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的小型化变焦镜头2不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在广角(wide-angle)状态时的成像质量上也可达到要求，这可从图10A至图10D看出。图10A所示的，是本实施例的小型化变焦镜头2的场曲图及畸变图；图10B所示的，是本实施例的小型化变焦镜头2的倍率色差图；图10C所示的，是本实施例的小型化变焦镜头2的球面像差图；图10D所示的，是本实施例的小型化变焦镜头2的彗星像差图。
从图10A可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大场曲不超过0.12mm与-0.045mm，且畸变量最大不超过-9％。从图10B可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大倍率色差不超过2μm。从图10C可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大球面像差不超过0.015mm以及-0.05mm。从图10D可看出，本实施例小型化变焦镜头2各视角的彗星像差皆不严重。
另外，该小型化变焦镜头2在中间(middle)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图11A至图11D看出。从图11A可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大场曲不超过0.15mm与-0.06mm，且畸变量最大不超过2％。从图11B可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大倍率色差不超过4μm。从图11C可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大球面像差不超过0.045mm以及-0.02mm。从图11D可看出，本实施例小型化变焦镜头2各视角的彗星像差皆不严重。
再者，该小型化变焦镜头2在望远(telephoto)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图12A至图12D看出。从图12A可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大场曲不超过0.075mm与-0.15mm，且畸变量最大不超过2％。从图12B可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大倍率色差不超过-4μm。从图12C可看出，本实施例小型化变焦镜头2的最大球面像差不超过0.07mm以及-0.06mm。从图12D可看出，本实施例小型化变焦镜头2各视角的彗星像差皆不严重，显见本实施例的小型化变焦镜头2的光学效能是合乎标准的。
请参阅图13至图15，为本发明第三较佳实施例的小型化变焦镜头3的镜片配置图。该小型化变焦镜头3包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜群G1、第二镜群G2、光圈ST、第三镜群G3、第四镜群G4以及成像面IMA。另外，可透过移动该第一镜群G1、该第二镜群G2以及该第三镜群G3，使该小型化变焦镜头3区分为广角(wide-angle)状态(如图13)、中间(middle)状态(如图14)与望远(telephoto)状态(如图15)。再者，在该第四镜群G4与该成像面IMA之间同样设置有玻璃覆盖CG(Cover Glass)。其中：
该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、第二镜片L2以及第三镜片L3。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面S1朝向物侧。该第二镜片L2为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面S3朝向物侧。该第三镜片L3为具有正屈光力的双凸透镜。
该第二镜群G2具有负屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第四镜片L4、第五镜片L5以及第六镜片L6。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S7、S8皆为非球面表面。该第五镜片L5为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S9、S10皆为非球面表面。该第六镜片L6为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S11朝向物侧且为非球面表面。
该第三镜群G3具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第七镜片L7、第八镜片L8以及第九镜片L9。该第七镜片L7为具有正屈光力的双凸镜片。该第八镜片L8为具有正屈光力的双凸镜片，且其朝向像侧的凸面S17为非球面表面。该第九镜片L9为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个凹面S18、S19皆为非球面表面。
该第四镜群G4具有正屈光力，且包含有第十镜片L10。该第十镜片L10为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S20朝向物侧且为非球面表面。
藉此，请参阅图13及图14，当该小型化变焦镜头3由广角(wide-angle)状态变化成中间(middle)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。另外，请参阅图14及图15，当该小型化变焦镜头3由中间(middle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往物侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。总体而言，请参阅图13及图15，当该小型化变焦镜头3由广角(wide-angle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。再者，当该小型化变焦镜头3在对焦(focusing)时，该第四镜群G4则往该物侧方向移动。
为使该小型化变焦镜头3具有较佳的光学效能，该小型化变焦镜头3更满足下列条件：
(1)0.35≤(MG1·fW)/(fT·Y)≤0.9
(2)0＜|(MG2·Y)/fG2|≤1.0
(3)1.3≤(fG2·MG3)/fG1≤1.8
(4)1.00≤|fG3/fG2|≤1.45
其中，MG1为该第一镜群G1在该小型化变焦镜头3由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG2为该第二镜群G2在该小型化变焦镜头3由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG3为该第三镜群G3在该小型化变焦镜头3由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；fW为该小型化变焦镜头3在该广角(wide-angle)状态时的焦距；fT为该小型化变焦镜头3在该望远(telephoto)状态时的焦距；fG1为该第一镜群G1的焦距；fG2为该第二镜群G2的焦距；fG3为该第三镜群G3的焦距；Y为该成像面IMA的最大对角长度的二分之一。
本发明第三实施例的小型化变焦镜头3的焦距F(Focus Length)、成像面IMA二分之一对角长度Y、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radiusof curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表五所示：
表五
表五的厚度T中，(W)是指该小型化变焦镜头3在广角(wide-angle)状态时，于光轴Z上的间距；(M)是指该小型化变焦镜头3在中间(middle)状态时，于光轴Z上的间距；(T)是指该小型化变焦镜头3在望远(telephoto)状态时，于光轴Z上的间距。
本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S7、S8、S9、S10、S11、S17、S18、S19以及S20的表面凹陷度z由下列公式所得到：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 1 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16
其中：
z：非球面表面的凹陷度；
c：曲率半径的倒数；
h：表面的孔径半径；
k：圆锥系数；
A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。
在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表六所示：
表六
Figure BDA0000110698830000161
藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的小型化变焦镜头3不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在广角(wide-angle)状态时的成像质量上也可达到要求，这可从图16A至图16D看出。图16A所示的，是本实施例的小型化变焦镜头3的场曲图及畸变图；图16B所示的，是本实施例的小型化变焦镜头3的倍率色差图；图16C所示的，是本实施例的小型化变焦镜头3的球面像差图；图16D所示的，是本实施例的小型化变焦镜头3的彗星像差图。
从图16A可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大场曲不超过0.07mm与-0.03mm，且畸变量最大不超过-8％。从图16B可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大倍率色差不超过-4μm。从图16C可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大球面像差不超过0.02mm以及-0.05mm。从图16D可看出，本实施例小型化变焦镜头3各视角的彗星像差皆不严重。
另外，该小型化变焦镜头3在中间(middle)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图17A至图17D看出。从图17A可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大场曲不超过0.10mm与-0.05mm，且畸变量最大不超过3％。从图17B可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大倍率色差不超过-4μm。从图17C可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大球面像差不超过0.045mm以及-0.015mm。从图17D可看出，本实施例小型化变焦镜头3各视角的彗星像差皆不严重。
再者，该小型化变焦镜头3在望远(telephoto)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图18A至图18D看出。从图18A可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大场曲不超过0.15mm与-0.15mm，且畸变量最大不超过6％。从图18B可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大倍率色差不超过-5μm。从图18C可看出，本实施例小型化变焦镜头3的最大球面像差不超过0.09mm以及-0.03mm。从图18D可看出，本实施例小型化变焦镜头3各视角的彗星像差皆不严重，显见本实施例的小型化变焦镜头3的光学效能是合乎标准的。
请参阅图19至图21，为本发明第四较佳实施例的小型化变焦镜头4的镜片配置图。该小型化变焦镜头4包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜群G1、第二镜群G2、光圈ST、第三镜群G3、第四镜群G4以及成像面IMA。另外，可透过移动该第一镜群G1、该第二镜群G2以及该第三镜群G3，使该小型化变焦镜头4区分为广角(wide-angle)状态(如图19)、中间(middle)状态(如图20)与望远(telephoto)状态(如图21)。再者，在该第四镜群G4与该成像面IMA之间同样设置有玻璃覆盖CG(Cover Glass)。其中：
该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1以及第二镜片L2。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面S1朝向物侧。该第二镜片L2为具有正屈光力的双凸透镜。另外，在其它实施态样下，第二镜片为具有正屈光力的新月型透镜或是单凸透镜亦可达到相同的效果，而不以上述的镜片形状为限。
该第二镜群G2具有负屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第三镜片L3、第四镜片L4以及第五镜片L5。该第三镜片L3为具有负屈光力的双凹透镜，且其朝向像侧的凹面S6为非球面表面。该第四镜片L4为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S7朝向物侧且为非球面表面。该第五镜片L5为具有负屈光力的双凹透镜，且朝向像侧的凹面S10为非球面表面。另外，在其它实施态样下，第三镜片亦可是具有正屈光力的双凸透镜，且若能达到与本发明相同的效果，镜片的形状亦不以上述的两种形状为限。
该第三镜群G3具有正屈光力，且包含有由物侧至像侧依序排列的第六镜片L6以及第七镜片L7。该第六镜片L6为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个凸面S12、S13皆为非球面表面。该第七镜片L7为具有负屈光力的胶合透镜，由双凸透镜L71以及双凹透镜L72胶合而成，且该双凸透镜L71较该双凹透镜L72接近物侧。
该第四镜群G4具有正屈光力，且包含有第八镜片L8。该第八镜片L8为具有正屈光力的单凸透镜，其凸面S17朝向物侧且为非球面表面。
藉此，请参阅图19及图20，当该小型化变焦镜头4由广角(wide-angle)状态变化成中间(middle)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。另外，请参阅图20及图21，当该小型化变焦镜头4由中间(middle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往物侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。整体而言，请参阅图19及图21，当该小型化变焦镜头4由广角(wide-angle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第一镜群G1往物侧移动，且该第二镜群G2往像侧移动，而该第三镜群G3则往物侧方向移动。再者，当该小型化变焦镜头4在对焦(focusing)时，该第四镜群G4则往该物侧方向移动。
为使该小型化变焦镜头4具有较佳的光学效能，该小型化变焦镜头4同样满足下列条件：
(1)0.35≤(MG1·fW)/(fT·Y)≤0.9
(2)0＜|(MG2·Y)/fG2|≤1.0
(3)1.3≤(fG2·MG3)/fG1≤1.8
(4)1.00≤|fG3/fG2|≤1.45
其中，MG1为该第一镜群G1在该小型化变焦镜头4由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG2为该第二镜群G2在该小型化变焦镜头4由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；MG3为该第三镜群G3在该小型化变焦镜头4由该广角(wide-angle)状态变化至该望远(telephoto)状态时的移动量；fW为该小型化变焦镜头4在该广角(wide-angle)状态时的焦距；fT为该小型化变焦镜头4在该望远(telephoto)状态时的焦距；fG1为该第一镜群G1的焦距；fG2为该第二镜群G2的焦距；fG3为该第三镜群G3的焦距；Y为该成像面IMA的最大对角长度的二分之一。
本发明第四实施例的小型化变焦镜头4的焦距F(Focus Length)、成像面IMA二分之一对角长度Y、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radiusof curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表七所示：
表七
Figure BDA0000110698830000191
表七的厚度T中，(W)是指该小型化变焦镜头4在广角(wide-angle)状态时，于光轴Z上之间距；(M)是指该小型化变焦镜头4在中间(middle)状态时，于光轴Z上的间距；(T)是指该小型化变焦镜头4在望远(telephoto)状态时，于光轴Z上的间距。
本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S6、S7、S10、S12、S13以及S17的表面凹陷度z由下列公式所得到：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 1 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16
其中：
z：非球面表面的凹陷度；
c：曲率半径的倒数；
h：表面的孔径半径；
k：圆锥系数；
A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。
在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表八所示：
表八
Figure BDA0000110698830000202
藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的小型化变焦镜头4不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在广角(wide-angle)状态时的成像质量上也可达到要求，这可从图22A至图22D看出。图22A所示的，是本实施例的小型化变焦镜头4的场曲图及畸变图；图22B所示的，是本实施例的小型化变焦镜头4的倍率色差图；图22C所示的，是本实施例的小型化变焦镜头4的球面像差图；图22D所示的，是本实施例的小型化变焦镜头4的彗星像差图。
从图22A可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大场曲不超过0.30mm与-0.30mm，且畸变量最大不超过-18％。从图22B可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大倍率色差不超过-8μm。从图22C可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大球面像差不超过0.05mm以及-0.2mm。从图22D可看出，本实施例小型化变焦镜头4各视角的彗星像差皆不严重。
另外，该小型化变焦镜头4在中间(middle)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图23A至图23D看出。从图23A可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大场曲不超过0.03mm与-0.3mm，且畸变量最大不超过4％。从图23B可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大倍率色差不超过-12μm。从图23C可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大球面像差不超过0.05mm以及-0.2mm。从图23D可看出，本实施例小型化变焦镜头4各视角的彗星像差皆不严重。
再者，该小型化变焦镜头4在望远(telephoto)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图24A至图24D看出。从图24A可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大场曲不超过0.025mm与-0.01mm，且畸变量最大不超过-4％。从图24B可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大倍率色差不超过-16μm。从图24C可看出，本实施例小型化变焦镜头4的最大球面像差不超过0.2mm以及-0.04mm。从图24D可看出，本实施例小型化变焦镜头4各视角的彗星像差皆不严重，显见本实施例的小型化变焦镜头4的光学效能是合乎标准的。
综合以上所述可得知，本发明的小型化变焦镜头，不仅可以达到体积小的目的，且同时具有高光学效能。
以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (16)

1.一种小型化变焦镜头，其特征在于，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的：
第一镜群，具有正屈光力；该第一镜群包含有至少两片镜片，且其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；
第二镜群，具有负屈光力；该第二镜群包含有三片镜片，且该三镜片其中一片具有正屈光力，另外两片具有负屈光力；
光圈；
第三镜群，具有正屈光力；该第三镜群包含有至少两片镜片，且其中一片具有负屈光力，另外一片具有正屈光力；
第四镜群，具有正屈光力；
成像面；
另外，该小型化变焦镜头由广角状态变化至一望远状态时，该第一镜群往物侧方向移动、该第二镜群往像侧方向移动、该第三镜群往物侧方向移动。
2.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第一镜群包含有三片镜片，且该三片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为负、正、正。
3.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第一镜群包包含有两片镜片，且该二片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为负、正。
4.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第一镜群由物侧至像侧算起第二片镜片至少一面为非球面表面。
5.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第二镜群的三片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为负、负、正。
6.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第二镜群的三片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为负、正、负。
7.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第二镜群的三片镜片皆至少一面为非球片表面。
8.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第三镜群包含有三片镜片，且该三片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为正、正、负。
9.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第三镜群包含有二片镜片，且该二片镜片的屈光力由物侧至像侧依序为正、负。
10.如权利要求9所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第三镜群中具有负屈光力的镜片为胶合透镜，由双凸透镜与双凹透镜胶合而成，且该双凸透镜较该双凹透镜接近物侧。
11.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，该第三镜群具有至少一片镜片为非球面镜片。
12.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，在该小型化变焦镜头对焦时，该第四镜群往该物侧方向移动。
13.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：
0.35≤(MG1·fW)/(fT·Y)≤0.9，其特征在于，MG1为该第一镜群在该小型化变焦镜头由该广角状态变化至该望远状态时的移动量；fW为该小型化变焦镜头在该广角状态时的焦距；fT为该小型化变焦镜头在该望远状态时的焦距；Y为该成像面的最大对角长度的二分之一。
14.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：
0＜|(MG2·Y)/fG2|≤1.0，其中，MG2为该第二镜群在该小型化变焦镜头由该广角状态变化至该望远状态时的移动量；Y为该成像面的最大对角长度的二分之一；fG2为该第二镜群的焦距。
15.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：
1.3≤(fG2·MG3)/fG1≤1.8，其中，fG2为该第二镜群的焦距；MG3为该第三镜群在该小型化变焦镜头由该广角状态变化至该望远状态时的移动量；fG1为该第一镜群的焦距。
16.如权利要求1所述的小型化变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：
1.00≤|fG3/fG2|≤1.45，其中，fG3为该第三镜群的焦距；fG2为该第二镜群的焦距。
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