TW200532240A - Miniature zoom lens - Google Patents

Description

200532240 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係有關使用於使用小型固態影像感測器且結合 入移動式電話等等內之數位照相機的小型可變焦距透鏡。 【先前技術】 最近，使用例如CCD及CMOS之固態影像感測器的 小型數位照相機和數位視頻照相機已經被整合進移動式電 話或個人數位助理中。具有內建之數位視頻照相機的監視 照相機之尺寸已經愈來愈小，這些照相機需要適合於小型 固態影像感測器之小型光學系統，並且當小型光學系統最 好是具有能夠連續改變整個透鏡系統之焦距，而同時使影 像形成位置保持在相同平面上如此之結構的可變焦距透鏡 〇 做爲使用較少透鏡之簡單構造的小型可變焦距透鏡， 已經知道有三元件可變焦距透鏡，其自物體側依序包括一 具有負的折射率之第一透鏡群組、一具有正的折射率之第 二透鏡群組、及一具有正的折射率之第三透鏡群組’如同 已經被揭示於，舉例來說，專利文獻1到4中。 [專利文獻 1 ] JP-A-5 -3 23 1 90 [專利文獻 2] JP-A-11-237549 [專利文獻 3] JP-A-2002-55278 [專利文獻 4 ] J P - A - 2 0 0 3 - 1 7 7 3 ] 5 但是，在習知技術中之三元件可變焦距透鏡的各者會 -5- (2) (2)200532240 有問題。舉例來說，在專利文獻1中所敘述之可變焦距透 鏡爲一具有藉由以單一透鏡來形成各透鏡群組之簡單構造 的可變焦距透鏡；但是，因爲可變焦距透鏡因此係不足夠 的’所以它不能獲得到兩倍的可變焦比以及性能。在專利 文獻2中所敘述之可變焦距透鏡爲使用於電子靜止照相機 中的可變焦距透鏡，並且介於第一透鏡群組與第二透鏡群 組之間的間隔爲1 3 mm或者更長。因此，此可變焦距透鏡 並不是小到足以被結合入移動式電話等等內。在專利文獻 3中所敘述之可變焦距透鏡爲一具有藉由以單一透鏡來形 成各透鏡群組之相對小型尺寸且獲得到大可變焦比的可變 焦距透鏡；但是，爲了獲得到大的可變焦比，第一透鏡群 組和第二透鏡群組必須移動，其造成總長度改變，而這產 生了難以將此可變焦距透鏡結合入可攜式裝置內的問題。 在專利文獻4中所敘述之可變焦距透鏡爲一具有藉由以單 一透鏡來形成第一透鏡群組及第三透鏡群組和以兩個正及 負透鏡形成第二透鏡群組之相對小型尺寸，且獲得到大可 變焦比的可變焦距透鏡；但是，因爲第一透鏡群組和第二 透鏡群組必須移動，所以此可變焦距透鏡也有總長度改變 的問題。 【發明內容】 鑒於上面所述的問題而設計本發明，且因此本發明之 目的在於提供一高性能可變焦距透鏡’具有簡單的構造， 並且能夠獲得到大可變焦比’而同時保持固定的總長度。 -6 - 200532240 (3) 爲了達成上面及其他目的，本發明之第一態樣提供小 型可變焦距透鏡，其特徵在於從物體側開始算起依序具有 一具有負的折射率之第一透鏡群組、一具有正的折射率且 包含一光圈之第二透鏡群組、及一具有正的折射率之第三 透鏡群組，其中：第一透鏡群組係由一單一負透鏡來予以 形成的，第二透鏡群組從物體側開始算起係依序由一單一 正透鏡及一單一負透鏡來予以形成的，且第三透鏡群組係 • 由一單一正透鏡來予以形成的；以及第一透鏡群組係不動 的，並且第二透鏡群組和第三透鏡群組以可變倍率而移動 於光軸方向上。 三元件可變焦距透鏡爲一具有使用三個群組中之4個 透鏡之簡單構造的可變焦距透鏡，其中，第一透鏡群組及 第三透鏡群組係由單一透鏡來予以形成的，且第二透鏡群 組係由兩個透鏡來予以形成的。又，因爲第一透鏡群組係 不動的，而第二透鏡群組和第三透鏡群組移動，所以總長 # 度將不改變。此外，藉由以單一負透鏡來形成第一透鏡群 組，以兩個正及負透鏡來形成第二透鏡群組，以及以單一 正透鏡來形成第三透鏡群組，有可能增加可變焦比，而同 時令人滿意地修改像差。 本發明之第二態樣提供依據第一態樣之小型可變焦距 透鏡，其中：形成第一透鏡群組之負透鏡爲一具有至少一 非球面表面的彎月形透鏡，且其具有較大曲率之表面面向 物體側；形成第二透鏡群組之正透鏡包含至少一非球面表 面，並且形成第二透鏡群組之負透鏡包含至少一非球面表 - 7- 200532240 (4) 面；以及形成第三透鏡群組之正透鏡被組構而使得具有較 大曲率面之表面爲一影像-形成表面側。 依據像上面一樣的構造’即使當增加可變焦比時，仍 有可能令人滿意地修改各種的像差。 本發明之第三態樣提供依據第一及第二態樣之小型可 變焦距透鏡，其中：下面所載明的條件式（1 )係滿足： 2.5 < | Fi | /Fw< 3.0 …(1 ) • 其中，F !爲第一透鏡群組之焦距（m m )，且F w爲整 個透鏡系統在廣角端的焦距（mm )。 藉由滿足上面的條件式（1 )，有可能縮減可變焦距 透鏡的尺寸，而同時不僅能夠適當地設定第一透鏡群組的 折射率，而且也能夠令人滿意地修改各種的像差。 本發明之第四態樣提供依據第一到第三態樣之任一態 樣的小型可變焦距透鏡，其中：下面所載明的條件式（2 )係滿足： # l.〇< I F2 I /F〆 1.5 …（2) 其中，F2爲第二透鏡群組之焦距（mm )，且Fw爲整 個透鏡系統在廣角端的焦距（mm )。 藉由滿足上面的條件式（2 )，有可能縮減可變焦距 透鏡的尺寸，而同時不僅能夠適當地設定第二透鏡群組的 折射率，而且也能夠令人滿意地修改各種的像差。 本發明之第五態樣提供依據第一到第四態樣之任一態 樣的小型可變焦距透鏡，其中：形成第二透鏡群組之正透 鏡爲一雙凸透鏡；形成第二透鏡群組之負透鏡爲一負的彎 -8- (5) 200532240 月形透鏡；以及形成第三透鏡群組之正透鏡爲一正的彎月 形透鏡。 依據像上面一樣的構造’即使當增加可變焦比時’仍 有可能令人滿意地修改各種的像差。 【實施方式】 下面將解釋本發明之小型可變焦距透鏡的實施例’但 • 是，應該領會到本發明並非僅限於下面的實施例。 圖1顯示本發明之小型可變焦距透鏡實例中之透鏡的 剖面圖，圖2顯示在變焦時之透鏡群組的位置，圖3顯示 此例中之像散性圖表及畸變失真圖表。 在個別透鏡的剖面圖中，參考Ri ( i爲從1開始的 整數）表示從物體側到影像-形成表面側的序列透鏡表面 編號，參考D i ( i爲從1開始的整數）表示依序從物體 側到影像-形成表面側，沿著主要光線的軸，透鏡的厚度 • 和介於透鏡之間的空氣間隔（mm )，G 1表示第一透鏡群 組，G2表示第二透鏡群組，且G3表示第三透鏡群組。像 散性圖表顯示相對於弧矢（S )影像表面與切線（τ )影像 表面的像差，畸變失真圖表中的ω表示一半的視角。 本發明之小型可變焦距透鏡爲一使用三個群組中之4 個透鏡’並且從物體側開始算起依序包括一具有負的折射 率之第一透鏡群組G 1、一具有正的折射率且包含一光圈 之第二透鏡群組G2、及一具有正的折射率之第三透鏡群 組G 3的可變焦距透鏡。第一透鏡群組G 1包括一具有負 -9- (6) 200532240 的折射率之單一第一透鏡L 1，第二透鏡群組G2從物體 開始算起依序包括一具有正的折射率之單一第二透鏡 及一具有負的折射率之單一第三透鏡L3，第三透鏡群 G3包括一具有正的折射率之單一第四透鏡L4。 如圖2所示，本發明之小型可變焦距透鏡被組構成 此的方式：第一透鏡群組G 1係不動的；第二透鏡群組 從廣角端（W )到遠距離照相端（T )，以可變倍率而 光軸方向上顯著地移動朝向第一透鏡群組G 1，以減少 一透鏡群組G 1與第二透鏡群組G2之間的間隔；及第 透鏡群組G3從廣角端（W )到遠距離照相端（T ) ’以 變倍率而在光軸方向上稍微地移動朝向影像-形成表面 以增加第二，透鏡群組G2與第三透鏡群組G3之間的間 〇 關於在廣角端（W )處之透鏡群組的位置’第一透 群組G 1和第二透鏡群組G2彼此間隔分開，而第二透 群組G 2和第三透鏡群組G 3互相緊鄰著。關於在中間 置（Μ )處之透鏡群組的位置，第二透鏡群組G2係在 者幾乎在第一透鏡群組G 1與第三透鏡群組G3之間的 間位置處。關於在遠距離照相端（τ )處之透鏡群組的 置，第二透鏡群組G2緊鄰著第一透鏡群組G 1 ’而第二 鏡群組G2與第三透鏡群組G3之間的間隔增加。 形成第一透鏡群組G 1且具有負的折射率之第一透 L 1爲一具有至少一非球面表面的彎月形透鏡，且面向 體側之表面R 1的曲率大於面向影像-形成表面側之表 側 L2 組 如 G2 在 第 可 ， 隔 鏡 鏡 位 或 中 位 透 鏡 物 面 -10- (7) 200532240 R2的曲率。 藉由以此方式形成第一透鏡L 1 ’不僅其可能令人滿 意地修改像散現象及球面像差，而且也可能在變焦時減小 像散現象的移動量。 形成第二透鏡群組G 2且具有正的折射率之第二透鏡 L2爲一具有至少一非球面表面的雙凸透鏡’以及形成第 二透鏡群組G2且具有負的折射率之第三透鏡L3爲一具有 • 至少一非球面表面之負的彎月形透鏡。 藉由非球面化形成和光圈一起移動之第二透鏡群組 G2的兩個透鏡L2及L3，有可能藉由組合兩個正和負的 透鏡來令人滿意地修改色差，而同時在變焦時令人滿意地 修改像散現象及球面像差。1 形成第三透鏡群組G3且具有正的折射率之第四透鏡 L4爲一正的彎月形透鏡，其中，面向影像-形成表面側之 表面R9的曲率大於面向物體側之表面R8的曲率。 • 藉由以此方式形成第四透鏡L4，有可能令人滿意地 修改各種的像差。 較佳地，本發明之小型可變焦距透鏡滿足條件式（1 ): 2.5 < | F】| /Fw< 3.0 …（1 ) 其中，F !爲第一透鏡群組之焦距（m m )，且F w爲整 個透鏡系統在廣角端的焦距_ ( mm )。 上面的條件式（1 )載明使第一透鏡群組G 1的折射率 適當的條件。當第一透鏡群組G 1的折射率藉由超過上限 -11 - (8) (8)200532240 而變得太小時’其可能難以減小整個系統的尺寸。當第一 透鏡群組的折射率藉由超過下限而變得太大時，其可能難 以修改各種的像差。 又’較佳地，本發明之小型可變焦距透鏡滿足條件式 (2 )： 1·0 < | F2 | /Fw <1.5 …（2) 其中，F2爲該第二透鏡群組之焦距（mm )，且F、v爲 整個透鏡系統在廣角端的焦距（mm )。 上面的條件式（2 )載明使第二透鏡群組G2的折射率 適當的條件。當第二透鏡群組G2的折射率藉由超過上限 而變得太小時，第二透鏡群組G2的移動量增加，其使其 可能難以減小整個系統的尺寸。當第二透鏡群組G2的折 射率藉由超過下限而變得太大時，其可能難以修改各種的 像差。 本發明之小型可變焦距透鏡爲一具有使用三個群組中 之4個透鏡之簡單構造的可變焦距透鏡；況且，它能夠增 加可變焦比。除此之外，因爲第一透鏡群組係不動的，所 以總長度將不會以可變倍率而改變，這些構造致使此可變 焦距透鏡能夠很容易被結合入移動式電話、個人數位助理 、監視照相機等等中。此外，第一透鏡群組通常是大且重 的，但是，在本發明的小型可變焦距透鏡中’第一透鏡群 組係不動且被做成小的，而第二透鏡群組和第三透鏡群組 係移動的，此構造致使被用來啓動這些群組的致動器能夠 縮減尺寸。 -12 - (9) (9)200532240 [實例] 例1中的設計資料被提出於下面的表1中。在下面的 表1中所提出的有：各透鏡之表面Ri的曲率半徑，R，（ mm );各透鏡之中心厚度和介於透鏡之間的空氣間隔，Di， (mm );相對於直線d，從物體側到影像-形成表面之第i 個光學材料的折射率，N d ;及圖1所示之透鏡剖面中的 Abbe常數Vd。又，A4，A6, A8，及A1G，其係下面之非 球面式中的非球面係數，被提出於下面的表2中。此外， 此例中之規格資料被提出於下面的表3中。 [公式1] 其中，z爲彎曲表面的座標値，r爲在和光學軸直角 相交之方向上，和光學軸的距離，c爲透鏡之頂點處的曲 率，以及k, Ah A6, A8，及A1G爲所有的非球面係數。

- 13- (10) 200532240 (10)

〔表1〕 表面No . 曲率半徑 ，R 間隔D Nd Vd 1 -2.7649 1.09 1.48749 70.2 LI 2 - 8.4 5 8 6 4.19 3 〇〇 0.05 光圈 4 1 .84 1 .72 1.61800 63.4 L2 5 -8.4603 0.10 6 14.5191 0.50 1.68893 3 1.1 L3 7 1 .679 1 0.67 8 -46.1432 1.63 1.48749 70.2 L4 9 -2.5712 1.85 10 〇〇 0.50 1.51633 64.1 L5 11 〇〇 0.40 蓋玻璃

-14 - (11) 200532240 (11)

〔表2〕 表面 No. K Α4 Αό Ag Ai〇 1 -3.19654 3.3727Ε-03 -1.0096Ε-04 -3.7314E-05 3.4460E-06 2 5.1399 1.0930Ε-02 -3.4626Ε-04 -1.1579E-04 1.5634E-05 4 -0.35593 2.6728Ε-03 3.8474Ε-03 -1.1123E-03 8.9743E-05 5 -315.99 -5.8627Ε-03 -1.3634Ε-02 -3.0314E-02 2.1572E-03 6 0 -3.9851Ε-02 -8.5437Ε-02 1.0979E-02 -1.9775E-02 7 -0.87963 -4.0297Ε-02 -6.8017Ε-03 7.9317E-03 1.5331E-03 8 0 -4.9165Ε-03 -4.6737Ε-04 2.4470E-04 -9.3314-06 9 -0.50137 6.4516Ε-03 -6.7107Ε-04 2.2286E-06 1.7495E-05

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〔表3〕 設計規格 標記 實例 廣角（w) 精準（Μ) 遠距離照相（丁） 視角 2 ω 74.6。 50.4° 34.2。 焦距 F 3.44 5.17 8.17 下數 F η ο 3.0 4.2 5.5 透鏡背面 Fb 0.40 0.40 0.40 最大影像高度 Η 2.5 <— <— 出射光瞳長度 EP -7.9 -56.3 2 1.9 G1與G2之間的間隔 ΤΙ 4.24 2.71 0.79 G2與G3之間的間隔 T2 0.67 2.86 5.08 G 1之焦距 FI -8·96 <— <— G2之焦距 F2 4.67 <— <— IF】|/F'V 2.60 <— <— f2/fw __—— 1.36 <— <—

此例之小型可變焦距透鏡滿足上面的條件式（1)及 2 )。此例之小型可變焦距透鏡爲一具有使用三個群組 /ΓΊ、禾#々鸿單構造的可變焦距透鏡，其中’ 4個透 之4個透鉍之間半 =μ姑莽球面化’此可變焦距透鏡獲得到和 的光學表面皆被开 一 。ς倍以上的可變焦比’並縮減尺寸，且 3倍一樣高或2」 一 η車度及4到5 mm的直徑。因爲第〜透 有約1 3 m ηι的總炉 γ以總長度將不會以變焦的倍數而改變 群組係不動的’所 一 ' ^所示的，像散現象及畸變失真皆被修 又，如像差圖_ Θ丨 -16- (13) 200532240 改地相當良好。因此，此可變焦距透鏡具有令人滿意的光 學性能。 [工業可應用性] 本發明之小型可變焦距透鏡能夠被使用於結合入，舉 例來說’移動式電話、個人數位助理等等內之數位照相機 和數位視頻照相機中的光學系統。 【圖式簡單說明】 圖1顯示本發明之小型可變焦距透鏡實例中之透鏡的 剖面圖。 圖2係顯示在本發明之小型可變焦距透鏡實例中’在 變焦時之透鏡群組的位置之剖面圖。 圖3顯示此例中之像散性圖表及畸變失真圖•表° ® 主要元件符號說明 G 1 :第一透鏡群組 G2 :第二透鏡群組 G3 :第三透鏡群組 L 1 :第一透鏡 L2 :第二透鏡 L3 :第三透鏡 L4 :第四透鏡 -17-

Claims (1)

1. 200532240 (1) 十、申請專利範圍 1 . 一種小型可變焦距透鏡，其特徵在於從物體側開 始算起依序包含一具有負的折射率之第一透鏡群組、一具 有正的折射率且包含一光圈之第一透鏡群組、及一具有正 的折射率之第三透鏡群組，其中： 該第一透鏡群組包括一單一負透鏡，該第二透鏡群組 從物體側開始算起依序包含一單一正透鏡及一單一負透鏡 • ，且該第三透鏡群組包括一單一正透鏡；以及 該第一透鏡群組係不動的，並且該第二透鏡群組和該 第三透鏡群組以可變倍率而移動於光軸方向上。 2. 如申請專利範圍第1項之小型可變焦距透鏡，其 中： 形成該第一透鏡群組之負透鏡爲一具有至少一非球面 表面的彎月形透鏡，且其具有較大曲率之表面面向物體側 :及 # 形成該第二透鏡群組之正透鏡包含至少一非球面表面 ，並且形成該第二透鏡群組之負透鏡包含至少一非球面表 面；以及 形成該第三透鏡群組之正透鏡被組構而使得具有較大 曲率面之表面爲一影像-形成表面側。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之小型可變焦距 透鏡，其中： 下面所載明的條件式（1 )係滿足： 2.5 < | F] | /Fw <3.0 …（1 ) -18- (2) (2)200532240 其中，F】爲該第一透鏡群組之焦距（mm )，且Fw爲 整個透鏡系統在廣角端的焦距（mm )。 4.如申請專利範圍第1項或第2項之小型可變焦距 透鏡，其中： 下面所載明的條件式（2 )係滿足= 1.0 < | F2 | /Fw < 1.5 …（2 ) 其中，F2爲該第二透鏡群組之焦距（mm)，且Fw爲 整個透鏡系統在廣角端的焦距（mm )。 5 .如申請專利範圍第1項或第2項之小型可變焦距 透鏡，其中： 形成該第二透鏡群組之正透鏡爲一雙凸透鏡； 形成該第二透鏡群組之負透鏡爲一負的彎月形透鏡； 以及 形成該第三透鏡群組之正透鏡爲一正的彎月形透鏡。

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