CN102998780B

CN102998780B - 变焦镜头

Info

Publication number: CN102998780B
Application number: CN201110274727.5A
Authority: CN
Inventors: 周祥禾
Original assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Current assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102998780A

Abstract

本发明是有关于一种变焦镜头，自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜群、一具有正屈光度的第二透镜群，以及一具有正屈光度的第三透镜群。该第二透镜群包含多个透镜，其中最靠近物侧的透镜的焦距为efl3，次靠近物侧的透镜的焦距为efl4，且efl3与efl4满足：0＜efl3/efl4＜0.3。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，特别是涉及一种轻薄化、成本低、高放大倍率且成像品质佳的变焦镜头。

背景技术

影像撷取装置，例如数字相机或数字摄影机，通常藉由镜头模块和影像感测器撷取待摄物的影像，其中镜头模块使来自待摄物的光束产生折射并聚集在影像感测器上，接着影像感测器将类比的光信号转换为数字电子信号，以便进行后续的影像处理、储存及传输。影像撷取装置的镜头模块，通常是由数个透镜群(lens group)所组成，且通常透镜群数愈少，镜头模块的成本愈低、尺寸愈小。此外，为了减少镜片的成本和重量，会尽可能利用塑胶透镜取代玻璃透镜。然而，塑胶透镜容易受温度影响，在调整焦距时，为了温度补偿必须有较大的位移量，因而增加镜头模块的尺寸。另外，如果使用较多的塑胶透镜，成像品质可能无法达到要求。

有鉴于此，有需要提出一种新的变焦镜头，可同时满足低成本、轻薄化、及高成像品质的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种变焦镜头，在降低制造成本的前提下，同时实现轻薄化、高放大倍率、高成像品质的变焦镜头。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种变焦镜头，自物侧至像侧依序包含：一具有负屈光度的第一透镜群；一具有正屈光度的第二透镜群，至少包含一第一透镜及一第二透镜，其中所述第一透镜的焦距为efl3，所述第二透镜的焦距为efl4，且efl3与ef4满足：0＜efl3/efl4＜0.3；以及一具有正屈光度的第三透镜群。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的变焦镜头，其中所述第二透镜群的所述第一透镜的阿贝数为VD3，所述第二透镜的阿贝数为VD4，且VD3与VD4满足以下条件：VD3-VD4＞6。

前述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足：4＜ft/fw＜5，其中，fw是所述变焦镜头于广角端的焦距，而ft是所述变焦镜头于望远端的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述变焦镜头还满足：|fG1/fG2|＞1，其中，fG1是所述第一透镜群的焦距，fG2是所述第二透镜群的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群各包含至少一非球面透镜或一自由曲面透镜。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群各包含至少一塑胶透镜。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜以及一具有正屈光度的第二透镜。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜群的所述第二透镜是一非球面透镜或一自由曲面透镜，且所述第一透镜的材质是玻璃，所述第二透镜的材质是塑胶。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜的物侧表面具有负值曲率半径。

前述的变焦镜头，其中所述第二透镜群自物侧至像侧依序包含一具有正屈光度的第一透镜，一具有正屈光度的第二透镜，以及一具有负屈光度的第三透镜。

前述的变焦镜头，其中所述第二透镜群的所述第二透镜与所述第三透镜是非球面透镜或自由曲面透镜，且所述第一透镜的材质是玻璃，所述第二透镜与所述第三透镜的材质是塑胶。

前述的变焦镜头，其中所述第三透镜群包含一具有正屈光度的第一透镜，所述第三透镜群的所述第一透镜是一非球面透镜或一自由曲面透镜，且所述第一透镜的材质是塑胶。

前述的变焦镜头，其更包含一光阑，所述光阑设置于所述第一透镜群及所述第二透镜群之间。

前述的变焦镜头，其中所述第一透镜比所述第二透镜更靠近物侧。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明变焦镜头至少具有下列优点及有益效果：本发明的变焦镜头，不仅实现降低成本与轻薄化的目的，同时其成像品质可比拟由玻璃透镜所构成的变焦镜头。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1显示本发明较佳实施例的变焦镜头ZL在望远端及广角端时各透镜的位置。

图2A与图2B分别显示本发明较佳实施例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的球面像差曲线。

图3A与图3B分别显示本发明较佳实施例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的场曲曲线。

图4A与图4B分别显示本发明较佳实施例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的畸变曲线。

具体实施方式

以下将详述本案的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以之后的专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。

为达到轻薄化、成本低、高放大倍率、高成像品质的要求，本发明实施例提供一种变焦镜头，其自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜群、一具有正屈光度的第二透镜群，以及一具有正屈光度的第三透镜群。每个透镜群各包含至少一个透镜，且较佳地，该第一透镜群及该第二透镜群于一光轴上相对移动，以决定该变焦镜头的一放大倍率。

此外，该第二透镜群包含多个透镜，其中最靠近物侧的透镜的焦距为efl3，次靠近物侧的透镜的焦距为efl4，且efl3与efl4满足：0＜efl3/efl4＜0.3。当符合上述条件，可降低透镜，特别是塑胶透镜对于温度的敏感度，使减少透镜的温度补偿位移量，因此达到尺寸缩小化的目的。

此外，较佳地，该第二透镜群的多个透镜中，最靠近物侧的透镜的阿贝数(Abbe number)为VD3，次靠近物侧的透镜的阿贝数为VD4，且VD3与VD4满足以下条件：VD3-VD4＞6。在另一实施例，VD3与VD4满足：VD3-VD4＞23。

此外，该放大倍率具有一最大值ft/fw，其中ft为该变焦镜头于望远端的焦距，fw为该变焦镜头于广角端的焦距fw，且ft/fw满足下列条件：4＜ft/fw＜5。

此外，较佳地，该变焦镜头还满足：|fG1/fG2|＞1，其中，fG1为该第一透镜群的焦距，fG2为该第二透镜群的焦距。

此外，较佳地，该第一透镜群包含多个透镜，其中最靠近物侧的透镜，其朝物侧表面的曲率半径为负值，如此可进一步减少变焦镜头的总长。

此外，当变焦镜头需要改变其整体焦距，各透镜群会沿着光轴移动，以调整放大倍率、调整焦距偏移。较佳地，当变焦镜头由广角端至望远端改变倍率时，第一透镜群及第二透镜群朝物侧方向移动，其中第一透镜群是先朝像侧偏移、再朝物侧方向移动，而第二透镜群可以等速地朝物侧方向移动。此外，第三透镜也会沿者光轴微幅移动，以补偿焦距偏移。

此外，每个透镜群各包含至少一非球面透镜或一自由曲面透镜，其材质可以是塑胶或玻璃；其中，塑胶材质可包含，但不限制于，聚碳酸脂(polycarbonate)、环烯烃共聚物，例如是APEL，以及聚酯树脂，例如OKP4或OKP4HT等。具体而言，玻璃透镜是以光学级的玻璃为材料，利用研磨抛光或玻璃模造制程(glass molding process，GMP)制成，而塑胶透镜可以是利用聚合物射出成型制成。此外，每一自由曲面透镜具有至少一连续光滑曲面(free-form freedom surface)，而每一非球面透镜具有至少一非球面表面，且该非球面表面满足下列数学式：

Z = \frac{{CY}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (K + 1) C^{2} Y^{2}}} + A_{4} Y^{4} + A_{6} Y^{6} + A_{8} Y^{8} + A_{10} Y^{10} + A_{12} Y^{12},

其中Z为在光轴OA方向的坐标值，以光传输方向为正方向，A₄、A₆、A₈、A₁₀及A₁₂为非球面系数，K为二次曲面常数，C＝1/R，R为曲率半径，Y为正交于光轴方向的坐标值，以上方为正方向。此外，每一非球面透镜的非球面数学式的各项参数或系数的值可分别设定，以决定各非球面透镜的焦距。

本发明实施例的变焦镜头，可应用于具有影像投影或撷取功能的一装置上，例如，数字相机、数字摄影机、手机，或投影机。

以下以一个实施例说明本发明的变焦镜头。

图1显示本发明较佳实施例的变焦镜头ZL在望远端(tele)及广角端(wide)时各透镜的位置。在本实施例中，变焦镜头ZL主要包含，自物侧至像侧，具有负屈光度的第一透镜群G1、具有正屈光度的第二透镜群G2、具有正屈光度的第三透镜群G3。此三个透镜群沿着光轴OA设置，且于像侧具有成像面I。此外，变焦镜头ZL可包含光阑S及滤光片F。光阑S可设置于第一透镜群G1及第二透镜群G2之间，用以限制通过第一透镜群G1的光束进入第二透镜群G2的光通量；滤光片F可设置于第三透镜群G3及成像面I之间，用以滤除光束中的不可见光，其中滤光片F可以是一红外线滤光片。此外，成像面I上可以设置一影像撷取单元，以接收穿透滤光片F的光束，并将光类比信号转换成电数字信号。此外，在成像面I与滤光片F之间更可增加平面镜片(未图示)，用以保护影像撷取单元。

在本实施例中，依序自物侧至像侧，第一透镜群G1包含具有负屈光度的第一透镜L11、具有正屈光度的第二透镜L12；第二透镜群G2包含具有正屈光度的第一透镜L21、具有正屈光度的第二透镜L22、具有负屈光度的第三透镜L23；第三透镜群G3包含具有正屈光度的第一透镜L31。本发明的变焦镜头ZL可不限定于上述结构。

另外，第一透镜群G1的第二透镜L12、第二透镜群G2的第二透镜L22与第三透镜L23，以及第三透镜群G3的第一透镜L31，可采用两表面均为非球面的非球面透镜或两表面均为自由曲面的自由曲面透镜，或一表面为非球面另一表面为自由曲面的透镜，其余透镜可采用两面均为球面的玻璃透镜或塑胶透镜。在本实施例中，第二透镜L12、第二透镜L22、第三透镜L23、第一透镜L31均为塑胶透镜，而其余透镜均为玻璃透镜。

表一列出根据本较佳实施例变焦镜头的详细资料，其包含各透镜的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数、焦距(focal length，effective focallength)等。其中镜片的表面代号是从物侧至像侧依序编排，例如：「S1」代表第一透镜L11朝物侧的表面，「S2」代表第一透镜L11朝像侧的表面、「S3」代表第二透镜L12朝物侧的表面、「S」代表光阑表面等等。于本实例，第二透镜群的第一透镜L21的焦距为7.98，第二透镜的焦距为60，两者的比值符合前述定义：0＜efl3/efl4＜0.3。在另一实施例，efl3/efl4的值可小于0.145。

表一

另外，「厚度」代表该表面与相邻于像侧一表面的距离，例如，表面S1的「厚度」为表面S1与表面S2的距离，表面S2的「厚度」为表面S2与表面S3的距离。若厚度值标示为「D1」「D2」「D3」，表示两表面的距离依照广角端与望远端而有所不同，其距离如表二所示。

表二

厚度	广角端(mm)	望远端(mm)
			D1	16	1.1
D2	2.811	22.332
			D3	4.012	2.3

另外，表三列示如表一实例的变焦镜头分别于广角端及望远端的焦距f、光圈值FNO、视角半角ω(half angle view)、像高Y及总镜头长度TL。

表三

参数	广角端	望远端
			F(mm)	4.67	22.65
FNO	3.5	6.6
			ω(°)	43.64	10.13
Y(mm)	3.5	3.875
			TL(mm)	33.2	42.2

另外，在表一中，表面代号「S3」「S4」「S7」「S8」「S09」「S10」「S11」「S12」的表面为非球面，其非球面数学式中的各项系数如表四所示。

表四

K

A₄

A₆

A₈

A₁₀

A₁₂

S3

0

-0.00041

-2.13E-05

2.84E-06

-5.69E-08

0

S4

0

-0.00079

-6.62-06

2.18E-06

-5.90E-08

0

S7

0

-0.00166

-9.60E-05

-7.06E-06

7.36E-07

0

S8

0

-0.00384

1.32E-03

-2.25E-04

1.67E-05

0

S09

0

-0.00587

1.74E-03

-3.16E-04

1.86E-05

0

S10

0

-0.00369

6.50E-04

-1.90E-04

5.53E-06

0

S11

0

-2.29E-05

1.38E-05

1.01E-06

-1.73E-08

0

S12

0

0.000249

-1.18E-05

2.45E-06

-4.46E-08

0

图2A与图2B分别显示如表一实例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的球面像差(longitudinal spherical aberration)曲线。图中显示于广角端的球面像差小于0.03mm，望远端的球面像差控制在(-0.035mm，0.03mm)范围内。

图3A与图3B分别显示如表一实例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的场曲(field curvature)曲线。其中，曲线T、S分别是变焦镜头对于正切光束(Tangential Rays)与弧矢光束(Sagittal Rays)的场曲值。图中显示于广角端的正切场曲值与弧矢场曲值控制在(-0.15mm，0.05mm)范围内，望远端的正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.1mm，0.02mm)范围内。

图4A与图4B分别显示如表一实例的变焦镜头，以波长587nm光束测试于广角端与望远端的畸变(distortion)曲线。图中显示于广角端的畸变率控制在(-20％，0％)范围内，望远端的畸变率控制在(-1.3％，0.2％)范围内。

以上，本发明较佳实施例的变焦镜头，在使用多达四个塑胶透镜的条件下，其球面像差、场曲及畸变等特性，可比拟由玻璃透镜构成的镜头。因此，本发明实施例的变焦镜头，在维持高放大倍率与高成像品质的条件下，可进一步减轻重量与降低成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种变焦镜头，其特征在于其自物侧至像侧依序包含：

一具有负屈光度的第一透镜群；

一具有正屈光度的第二透镜群，自物侧至像侧至少包含一第一透镜及一第二透镜，其中所述第一透镜的焦距为ef13，所述第二透镜的焦距为ef14，且ef13与ef14满足：0＜ef13/ef14＜0.3，所述第一透镜的阿贝数为VD3，所述第二透镜的阿贝数为VD4，且VD3与VD4满足以下条件：VD3-VD4＞6；以及

一具有正屈光度的第三透镜群。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于所述的第二透镜群还包含一第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜之间各存在一间隙。

3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于所述变焦镜头满足：4＜ft/fw＜5，其中，fw是所述变焦镜头于广角端的焦距，而ft是所述变焦镜头于望远端的焦距。

4.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于所述变焦镜头还满足：|fG1/fG2|＞1，其中，fG1是所述第一透镜群的焦距，fG2是所述第二透镜群的焦距。

5.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群各包含至少一非球面透镜或一自由曲面透镜。

6.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群各包含至少一塑胶透镜。

7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜以及一具有正屈光度的第二透镜。

8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜群的所述第二透镜是一非球面透镜或一自由曲面透镜，且所述第一透镜群的第一透镜的材质是玻璃，所述第一透镜群的第二透镜的材质是塑胶。

9.根据权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜群的第一透镜的物侧表面具有负值曲率半径。

10.根据权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于所述第二透镜群自物侧至像侧依序包含具有正屈光度的该第一透镜，具有正屈光度的该第二透镜，以及一具有负屈光度的第三透镜。

11.根据权利要求10所述的变焦镜头，其特征在于所述第二透镜群的所述第二透镜与所述第三透镜是非球面透镜或自由曲面透镜，且所述第一透镜的材质是玻璃，所述第二透镜与所述第三透镜的材质是塑胶。

12.根据权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于所述第三透镜群包含一具有正屈光度的第一透镜，且所述第三透镜群的所述第一透镜是一塑胶的非球面透镜或一塑胶的自由曲面透镜。

13.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于其更包含一光阑，所述光阑设置于所述第一透镜群及所述第二透镜群之间。

14.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于所述第一透镜比所述第二透镜更靠近物侧。