CN104035189B

CN104035189B - 变焦镜头

Info

Publication number: CN104035189B
Application number: CN201310728265.9A
Authority: CN
Inventors: 王国权; 曾建雄; 陈凯筠
Original assignee: Young Optics Inc
Current assignee: Young Optics Inc
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: TW201435385A; TWI460467B; CN105842829B; CN104035189A; CN105842829A

Abstract

一种变焦镜头，其包括由放大侧往缩小侧依次排列的第一透镜群及第二透镜群。第一透镜群具有负屈光度，且包括由放大侧往缩小侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，且第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜的屈光度依次为负、负、负及正。第二透镜群具有正屈光度，且包括由放大侧往缩小侧依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜及第九透镜，且第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜及第九透镜的屈光度依次为正、负、正、负及正。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明是有关于一种光学镜头，且特别是有关于一种变焦镜头。

背景技术

随着光电技术的进步，影像感测装置（例如相机、摄影机等）已普遍地应用于日常生活的各领域中，或工厂的产线中，以取代原本人眼或人工所能作的事情。如此一来，人类便能够拥有更充裕的时间与人力，去从事更为重要的事。另一方面，影像感测装置的使用还可以让人们去注意到平时人眼所不容易注意到的地方，或在无人的状况下仍达成有效的监控效果。

在影像感测装置中，除了影像感测器（如电荷耦合元件（chargecoupleddevice,CCD）或互补式金氧半导体感测元件（complementarymetaloxidesemiconductorsensor,CMOSsensor）等）的品质会对所检测到的影像品质产生决定性的影响之外，光学镜头的品质亦是关键所在。因此，如何适当地设计镜头以达到良好的影像品质，一直是镜头设计者所关注的。

美国专利第5155629号、第5329402号、第7933075号、第7557839号、第6839183号、第7944620号、第7184220号、第6917477号及第6809882号提出了变焦镜头。此外，美国专利第7075719号提出了一种投影镜头。

发明内容

本发明提供一种变焦镜头，具有体积小、广视角、高解晰度、大光圈及良好的红外矫正等优点。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种变焦镜头，用以配置于放大侧与缩小侧之间。此变焦镜头包括第一透镜群及第二透镜群。第一透镜群配置于放大侧与缩小侧之间，且具有负屈光度（refractivepower）。第一透镜群包括由放大侧往缩小侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，且第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜的屈光度依次为负、负、负及正。第二透镜群配置于第一透镜群与缩小侧之间，且具有正屈光度。第二透镜群包括由放大侧往缩小侧依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜及第九透镜，且第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜及第九透镜的屈光度依次为正、负、正、负及正。变焦镜头符合-2.8<f1/fw<-2.3及0.6<∣f1/f2∣<0.9，其中f1为第一透镜群的有效焦距（effectivefocallength,EFL），f2为第二透镜群的有效焦距，且fw为变焦镜头于广角端时的有效焦距。

基于上述，由于本发明的实施例的变焦镜头具有屈光度由放大侧往缩小侧依次为负、负、负、正、正、负、正、负及正的透镜组合，且符合-2.8<f1/fw<-2.3及0.6<∣f1/f2∣<0.9，因此本发明的实施例的变无镜头兼具广视角与良好的成像品质。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1A至图1C为本发明的一实施例的变焦镜头分别于广角端、中间位置与望远端的结构示意图。

图2A至图2C为图1A的变焦镜头于广角端时的光学模拟数据图。

图3A至图3C为图1B的变焦镜头于中间位置时的光学模拟数据图。

图4A至图4C为图1C的变焦镜头于望远端时的光学模拟数据图。

图5A至图5C为本发明的另一实施例的变焦镜头分别于广角端、中间位置与望远端的结构示意图。

图6A至图6C为图5A的变焦镜头于广角端时的光学模拟数据图。

图7A至图7C为图5B的变焦镜头于中间位置时的光学模拟数据图。

图8A至图8C为图5C的变焦镜头于望远端时的光学模拟数据图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A至图1C为本发明的一实施例的变焦镜头分别于广角端、中间位置与望远端的结构示意图。请参照图1A至图1C，本实施例的变焦镜头100用以配置于放大侧与缩小侧之间。变焦镜头100包括第一透镜群110及第二透镜群120。第一透镜群110配置于放大侧与缩小侧之间，且具有负屈光度。第一透镜群110包括由放大侧往缩小侧依次排列的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113及第四透镜114，且第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113及第四透镜114的屈光度依次为负、负、负及正。第二透镜群120配置于第一透镜群110与缩小侧之间，且具有正屈光度。第二透镜群120包括由放大侧往缩小侧依次排列的第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123、第八透镜124及第九透镜125，且第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123、第八透镜124及第九透镜125的屈光度依次为正、负、正、负及正。

在本实施例中，变焦镜头100符合-2.8<f1/fw<-2.3及0.6<∣f1/f2∣<0.9，其中f1为第一透镜群110的有效焦距，f2为第二透镜群120的有效焦距，且fw为变焦镜头100于广角端时的有效焦距。

在本实施例中，第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113及第四透镜114均为球面透镜（sphericallens），且第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123、第八透镜124及第九透镜125中至少有二者为非球面透镜（asphericlens）。具体而言，在本实施例中，第五透镜121例如为非球面透镜，而第九透镜125例如为非球面透镜，且第六透镜122、第七透镜123及第八透镜124例如为球面透镜。

在本实施例中，变焦镜头100还包括孔径光阑（aperturestop）130，其配置于第一透镜群110与第二透镜群120之间。在本实施例中，第二透镜群120为变焦群，且第一透镜群110为对焦群。此外，在本实施例中，当变焦镜头100由广角端往望远端变化时，孔径光阑130的位置相对于缩小侧维持不变，且第一透镜群110与第二透镜群120往孔径光阑130靠近，例如由图1A的状态变化到图1B的状态，然后再变化到图1C的状态。

在本实施例中，第三透镜113与第四透镜114形成双胶合透镜（doublecementedlens）115，且第六透镜122与第七透镜123形成双胶合透镜126。此外，在本实施例中，第一透镜111例如为凸面朝向放大侧的凸凹透镜（convex-concavelens），第二透镜112例如为双凹透镜（biconcavelens），第三透镜113例如为凸面朝向放大侧的凸凹透镜，第四透镜114例如为凸面朝向放大侧的凹凸透镜（concave-convexlens），第五透镜121例如为双凸透镜（biconvexlens），第六透镜122例如为凸面朝向放大侧的凸凹透镜，第七透镜123例如为双凸透镜，第八透镜124例如为凸面朝向放大侧的凸凹透镜，且第九透镜125例如为双凸透镜。此外，在本实施例中，缩小侧可配置有影像感测器60，而位于放大侧的景物可被变焦镜头100成像于影像感测器60上。影像感测器60例如为数位微镜元件或互补式金氧半导体感测元件。当变焦镜头100变焦时，孔径光阑130的位置相对于影像感测器60的位置维持不变。

本实施例的变焦镜头100采用屈光度由放大侧往缩小侧依次为负、负、负、正、正、负、正、负及正的透镜组合，第一透镜群110与第二透镜群120的屈光度分别为负与正，且变焦时第一透镜群110与第二透镜群120皆相对于缩小侧移动（即相对于孔径光阑130移动），因此本实施例的变焦镜头100可达到小型化、画面无暗角及广视角的效果。举例而言，本实施例的变焦镜头100可使在影像感测器60的对角线方向的视场角（2ω）（fieldofview,FOV）高达143.2度。此外，本实施例的变焦镜头100可达到三百万像素级的分辨率。另外，本实施例的变焦镜头100的部分透镜（例如第七透镜123）可采用低色散的玻璃材质，以提高可见光与红外光的共焦效果。换言之，采用变焦镜头100的影像感测装置在白天检测可见光影像与夜间检测红外光影像时，皆能够检测到对焦良好的清晰影像。再者，本实施例的变焦镜头100可具有大光圈，在一实施例中，变焦镜头的光圈值（f-number）可小至1.4。本实施例的变焦镜头100适于与较大尺寸的影像感测器60作搭配。然而，当本实施例的变焦镜头100与较小尺寸的影像感测器60作搭配时，依然可提供良好的可视范围。

以下内容将举出变焦镜头100的一实施例。需注意的是，下述的表一、表二及表三中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，但其仍应属于本发明的实施范围内。

（表一）

（表二）

在表一中，间距是指两相邻表面间于光轴A上的直线距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间于光轴A上的直线距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、折射率与阿贝数请参照同列中各间距、折射率与阿贝数对应的数值。此外，在表一中，表面S1、S2为第一透镜111的两表面，表面S3、S4为第二透镜112的两表面，表面S5为第三透镜113面向放大侧的表面，表面S6为第三透镜113与第四透镜114相连的表面，且表面S7为第四透镜114面向缩小侧的表面。表面S8为红外光截止滤光器（infraredcutfilter）70（例如是红外光截止膜）的所在位置，表面S9是孔径光阑130的所在位置，其中透光基板80用以承载红外光截止滤光器70，表面S8为透光基板80面向放大侧的表面，且表面S9为透光基板80面向缩小侧的表面。表面S10、S11为第五透镜121的两表面，表面S12为第六透镜122面向放大侧的表面，表面S13为第六透镜122与第七透镜123相连的表面，且表面S14为第七透镜123面向缩小侧的表面。表面S15、S16为第八透镜124的两表面，且表面S17、S18为第九透镜125的两表面。表面S18与影像感测器60之间可设有玻璃盖（coverglass）50，以保护影像感测器60。表面S18那列（row）中所填的间距为表面S18到影像感测器60的间距。

此外，表二列出了变焦镜头100于广角端、中间位置及望远端时的有效焦距、光圈值（F/#）、视场角及可变间距d1、d2及d3等数值。

上述的表面S10、S11、S17及S18为偶次项非球面，而其可用下列公式表示：

Z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + A_{2} r^{2} + A_{4} r^{4} + A_{6} r^{6} + A_{8} r^{8} + A_{10} r^{10}

式中，Z为光轴A方向的偏移量（sag），c是密切球面（osculatingsphere）的半径的倒数，也就是接近光轴A处的曲率半径（如表一内S10、S11、S17及S18的曲率半径）的倒数。k是二次曲面系数（conic），r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而A2、A4、A6、A8及A10为非球面系数(asphericcoefficient)，在本实施例中系数A2为0。下列表三所列出的是表面S10、S11、S17及S18的非球面参数值。

（表三）

图2A至图2C为图1A的变焦镜头于广角端时的光学模拟数据图，图3A至图3C为图1B的变焦镜头于中间位置时的光学模拟数据图，而图4A至图4C为图1C的变焦镜头于望远端时的光学模拟数据图。请参照图2A至图4C，其中图2A、图3A及图4A为以波长588奈米作模拟的纵向像差（longitudinalaberration）的模拟数据图，其中图2A的光瞳半径（pupilradius）为1.0135毫米，图3A的光瞳半径为1.4449毫米，而图4A的光瞳半径为1.5338毫米（即在图2A、图3A及图4A中，纵轴的最大刻度（最顶部的那个刻度）分别为1.0135毫米、1.4449毫米及1.5338毫米）。图2B、图3B及图4B为以波长588奈米作模据的场曲（fieldcurvature）与畸变（distortion）的光学模拟数据图，其中图2B的最大视场角（半角）为71.588度，图3B的最大视场角（半角）为37.952度，而图4B的最大视场角（半角）为25.835度。此外，在场曲的图形中，S代表弧矢（sagittal）方向的数据，而T代表子午（tangential）方向的数据。图2C、图3C及图4C为以波长486、588及656奈米作模拟的横向色差的光学模拟数据图，其中图2C、图3C及图4C的最大像高（即位于缩小侧的最大像高）均为3.41毫米。图2A至图4C所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的变焦镜头100确实能够具有良好的光学成像品质。

图5A至图5C为本发明的另一实施例的变焦镜头分别于广角端、中间位置与望远端的结构示意图。请参照图5A至图5C，本实施例的变焦镜头100a类似于图1A至图1C的变焦镜头100，而两者的主要差异如下所述。请参照图5A至图5C，在本实施例的变焦镜头100a的第二透镜群120a中，第八透镜124a为双凹透镜，且第九透镜125a为凸面朝向放大侧的凹凸透镜。本实施例的变焦镜头100a亦可达到上述变焦镜头100的优点与功效，在此不再重述。

以下内容将举出变焦镜头100a的一实施例。需注意的是，下述的表四、表五及表六中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，但其仍应属于本发明的范围内。

（表四）

（表五）

在表四中的各参数的物理意义可参照对表一的说明，在此不再重述。此外，表五列出了变焦镜头100a于广角端、中间位置及望远端时的有效焦距、光圈值（F/#）、视场角及可变间距d1、d2及d3等数值。

上述的表面S10、S11、S17及S18为偶次项非球面，其公式相同于上述表三所适用的公式。在本实施例中系数A2为0。下列表六所列出的是变焦镜头100a的表面S10、S11、S17及S18的非球面参数值。

（表六）

图6A至图6C为图5A的变焦镜头于广角端时的光学模拟数据图，图7A至图7C为图5B的变焦镜头于中间位置时的光学模拟数据图，而图8A至图8C为图5C的变焦镜头于望远端时的光学模拟数据图。请参照图6A至图8C，其中图6A、图7A及图8A为以波长588奈米作模拟的纵向像差的模拟数据图，其中图6A的光瞳半径为1.0033毫米，图7A的光瞳半径为1.4024毫米，而图8A的光瞳半径为1.4714毫米（即在图6A、图7A及图8A中，纵轴的最大刻度（最顶部的那个刻度）分别为1.0033毫米、1.4024毫米及1.4714毫米）。图6B、图7B及图8B为以波长588奈米作模据的场曲与畸变的光学模拟数据图，其中图6B的最大视场角（半角）为71.761度，图7B的最大视场角（半角）为38.324度，而图8B的最大视场角（半角）为25.908度。此外，在场曲的图形中，S代表弧矢方向的数据，而T代表子午方向的数据。图6C、图7C及图8C为以波长486、588及656奈米作模拟的横向色差的光学模拟数据图，其中图6C、图7C及图8C的最大像高（即位于缩小侧的最大像高）均为3.41毫米。图6A至图8C所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的变焦镜头100a确实能够具有良好的光学成像品质。

综上所述，由于本发明的实施例的变焦镜头具有屈光度由放大侧往缩小侧依次为负、负、负、正、正、负、正、负及正的透镜组合，且符合-2.8<f1/fw<-2.3及0.6<∣f1/f2∣<0.9，因此本发明的实施例的变焦镜头兼具广视角与良好的成像品质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

符号说明

50：玻璃盖

60：影像感测器

70：红外光截止滤光器

80：透光基板

100、100a：变焦镜头

110：第一透镜群

111：第一透镜

112：第二透镜

113：第三透镜

114：第四透镜

115、126：双胶合透镜

120、120a：第二透镜群

121：第五透镜

122：第六透镜

123：第七透镜

124、124a：第八透镜

125、125a：第九透镜

130：孔径光阑

A：光轴

S1～S18：表面。

Claims

1.一种变焦镜头，用以配置于一放大侧与一缩小侧之间，该变焦镜头包括一第一透镜群以及一第二透镜群，

该第一透镜群，配置于该放大侧与该缩小侧之间，且具有负屈光度，该第一透镜群包括由该放大侧往该缩小侧依次排列的一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，且该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜的屈光度依次为负、负、负及正；

该第二透镜群，配置于该第一透镜群与该缩小侧之间，且具有正屈光度，该第二透镜群包括由该放大侧往该缩小侧依次排列的一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜及一第九透镜，且该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜、该第八透镜及该第九透镜的屈光度依次为正、负、正、负及正，

其中，该变焦镜头符合-2.8<f1/fw<-2.3及0.6<∣f1/f2∣<0.9，其中f1为该第一透镜群的有效焦距，f2为该第二透镜群的有效焦距，且fw为该变焦镜头于广角端时的有效焦距。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜均为球面透镜，且该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜、该第八透镜及该第九透镜中至少有二者为非球面透镜。

3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第五透镜为非球面透镜。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第九透镜为非球面透镜。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，还包括一孔径光阑，该孔径光阑配置于该第一透镜群与该第二透镜群之间。

6.如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，当该变焦镜头由广角端往望远端变化时，该孔径光阑的位置相对于该缩小侧维持不变，且该第一透镜群与该第二透镜群往该孔径光阑靠近。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜群为变焦群，且该第一透镜群为对焦群。

8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜与该第四透镜形成双胶合透镜。

9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第六透镜与该第七透镜形成双胶合透镜。

10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第二透镜为双凹透镜，该第三透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第四透镜为凸面朝向该放大侧的凹凸透镜，该第五透镜为双凸透镜，该第六透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第七透镜为双凸透镜，该第八透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，且该第九透镜为双凸透镜。

11.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第二透镜为双凹透镜，该第三透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第四透镜为凸面朝向该放大侧的凹凸透镜，该第五透镜为双凸透镜，该第六透镜为凸面朝向该放大侧的凸凹透镜，该第七透镜为双凸透镜，该第八透镜为双凹透镜，且该第九透镜为凸面朝向该放大侧的凹凸透镜。