TWI463172B - 變焦鏡頭 - Google Patents

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TWI463172B TW102102426A TW102102426A TWI463172B TW I463172 B TWI463172 B TW I463172B TW 102102426 A TW102102426 A TW 102102426A TW 102102426 A TW102102426 A TW 102102426A TW I463172 B TWI463172 B TW I463172B
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    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
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    • G02B15/146—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having more than five groups
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Description

變焦鏡頭
本發明係有關於一種鏡頭，特別是有關於一種變焦鏡頭。
消費型數位相機幾乎都配備有變焦鏡頭，其變焦倍率(Zoom Ratio)從早期的2倍、3倍、5倍逐漸發展到10倍、12倍，近年來更是往20倍以上的高變焦倍率發展。變焦鏡頭之焦距，可在一定的範圍內由使用者任意調整，有別於定焦鏡頭無法改變焦距。當變焦鏡頭變焦至望遠端時，可以將遠處的物體拉近放大，當變焦鏡頭變焦至廣角端時，可以將視野擴大以容納更大範圍的影像，這是定焦鏡頭所無法達到的功能。
隨著人們對各種不同應用場合之需求，變焦鏡頭逐漸走向高變焦倍率，此外，對影像品質的要求也愈來愈高，惟，在要求高變焦倍率情況下又需具備良好光學性能是不容易達到的。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種變焦鏡 頭，其具有高變焦倍率，但是仍具有良好的光學性能。
本發明之變焦鏡頭沿著光軸從物側至像側依序包括一第一透鏡群、一第二透鏡群、一第三透鏡群以及一第四透鏡群，第一透鏡群具有正屈光力，第二透鏡群具有負屈光力，第三透鏡群具有正屈光力，第四透鏡群具有正屈光力。當變焦鏡頭由廣角端變焦至望遠端時，第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群及第四透鏡群之間距改變。其中，第一透鏡群沿著光軸從物側至像側依序包括一第一透鏡及一第二透鏡，第一透鏡群及第一透鏡滿足以下條件：-1.2<fG1 /f1 <-0.58，其中fG1 為第一透鏡群之有效焦距，f1 為第一透鏡之有效焦距。
其中第一透鏡之阿貝系數大於35。
其中第一透鏡具有負屈光力。
其中第二透鏡之阿貝係數大於80。
其中第二透鏡具有正屈光力。
其中第一透鏡群可更包括一第三透鏡，且第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡沿著光軸從物側至像側依序排列，第三透鏡之阿貝係數大於80。
其中第三透鏡具有正屈光力。
其中第一透鏡群可更包括一第四透鏡，且第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及第四透鏡沿著光軸從物側至像側依序排列，第四透鏡之阿貝係數大於80。
其中第四透鏡具有正屈光力。
本發明之變焦鏡頭可更包括一光圈，設置於第二透鏡群與第三透鏡群之間。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
請參閱第1圖、第2圖以及第3圖，第1圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於廣角端的透鏡配置與光路示意圖，第2圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於中間端的透鏡配置與光路示意圖，第3圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於望遠端的透鏡配置與光路示意圖。變焦鏡頭1沿著光軸OA從物側至像側依序包括一第一透鏡群G1、一第二透鏡群G2、一光圈ST、一第三透鏡群G3、一第四透鏡群G4、一第五透鏡群G5、一第六透鏡群G6以及一濾光片OF。使用時藉由各透鏡群之間距D45 、D89 、D910 、D1213 、D1415 的改變可達到調整變焦鏡頭1之有效焦距，上述間距隨著變焦鏡頭1由廣角端變焦至望遠端而變動之情形，可由第1圖、第2圖以及第3圖中明顯看出。變焦鏡頭1變焦時各透鏡群皆能沿著光軸OA移動，使得各透鏡群的移動量變小，可縮短變焦時間。
在本實施例中，第一透鏡群G1具有正屈光力，第二透鏡群G2具有負屈光力，第三透鏡群G3具有正屈光力，第四透鏡群G4具有正屈光力，第五透鏡群G5具有正屈光力，第六透鏡群G6具有負屈光力。
第一透鏡群G1沿著光軸OA從物側至像側依序包括一第一透鏡L1、一第二透鏡L2、一第三透鏡L3、以及一第四透鏡L4。第一透鏡L1具有負屈光力，第二透鏡L2具有正屈光力，第三透鏡L3具有正屈光力，第四透鏡L4具有正屈光力，第一透鏡L1之像側面S12與第二透鏡L2之物側面S21兩者膠合。
第二透鏡群G2沿著光軸OA從物側至像側依序包括一第五透鏡L5、一第六透鏡L6、一第七透鏡L7以及一第八透鏡L8。
第三透鏡群G3包括一第九透鏡。
第四透鏡群G4包括一第十透鏡L10、一第十一透鏡L11以及一第十二透鏡L12，第十一透鏡L11之像側面S121與第十二透鏡L12之物側面S121兩者膠合。
第五透鏡群G5包括一第十三透鏡L13以及一第十四透鏡L14。
第六透鏡群G6包括一第十五透鏡L15。
光圈ST與第三透鏡群之間距DST9 固定不變。濾光片OF係由平板玻璃製成，其物側面與像側面皆為平面。
另外，為使本實施例之變焦鏡頭1能保持良好的光學性能，變焦鏡頭1需滿足底下五條件：Vd1 >35 (1)
-1.2<fG1 /f1 <-0.58 (2)
Vd2 >80 (3)
Vd3 >80 (4)
Vd4 >80 (5)
其中，Vd1 為第一透鏡之阿貝係數，fG1 為第一透鏡群之有效焦距，f1 為第一透鏡之有效焦距，Vd2 為第二透鏡之阿貝係數，Vd3 為第三透鏡之阿貝係數，Vd4 為第四透鏡之阿貝係數。
利用上述透鏡與光圈ST之設計，使得變焦鏡頭1在高變焦倍率下，仍具有良好的光學性能。
表一為第1圖、第2圖以及第3圖之變焦鏡頭1分別處於廣角端、中間端以及望遠端時各透鏡之相關參數表，表一資料顯示本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時之有效焦距等於4.40 mm，處於中間端時之有效焦距等於28.96 mm，處於望遠端時之有效焦距等於190.63 mm，變焦鏡頭1之變焦倍率大約為43.32倍。
表一中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~F：非球面係數。
表二為表一中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~F為非球面係數。
本實施例之變焦鏡頭1，其中第一透鏡L1之阿貝係數Vd1 =42.71，第一透鏡群G1之有效焦距fG1 =74.29，第一透鏡L1之有效焦距f1 =-79.01，第二透鏡L2之阿貝係數Vd2 =81.55，第三透鏡L3之阿貝係數Vd3 =81.55，第四透鏡L4之阿貝係數Vd4 =81.55，由上述資料可得到fG1 /f1 =-0.940，皆能滿足上述條件(1)至條件(5)之要求。
另外，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端、中間端以及望遠端時其光學性能也可達到要求，這可從第4A至第4G圖、第5A至第5G圖以及第6A至第6G圖看出。第4A圖、第5A圖以及第6A圖所示的，是本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端、中間端以及望遠端時的縱向像差(Longitudinal Aberration)圖。第4B圖、第5B圖以及第6B圖所示的，是本實施例之變焦鏡頭1處於 廣角端、中間端以及望遠端時的場曲(Field Curvature)圖。第4C圖、第5C圖以及第6C圖所示的，是本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端、中間端以及望遠端時的畸變(Distortion)圖。第4D至第4F圖、第5D至第5F圖以及第6D至第6F圖所示的，是本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端、中間端以及望遠端時的橫向光扇(Transverse Ray Fan)圖。第4G圖、第5G圖以及第6G圖所示的，是本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端、中間端以及望遠端時的橫向色差(Lateral Color)圖。
由第4A圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.08 mm至0.03 mm之間。由第4B圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.04 mm至0.08 mm之間。由第4C圖(圖中的3條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的畸變小於正負10.0%。由第4D、4E、4F圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同影像高度所產生的橫向像差 值小於正負34 μm。由第4G圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時，以波長0.587560 μm為參考波長，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同視場高度所產生的橫向色差值介於-3 μm至19 μm之間。顯見本實施例之變焦鏡頭1處於廣角端時之縱向像差、場曲、畸變、橫向像差以及橫向色差都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
由第5A圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.001 mm至0.07 mm之間。由第5B圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.04 mm至0.15 mm之間。由第5C圖(圖中的3條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的畸變小於正負1.5%。由第5D、5E、5F圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同影像高度所產生的橫向像差值小於正負47 μm。由第5G圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時，以波長0.587560 μm為參 考波長，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同視場高度所產生的橫向色差值介於-1 μm至11 μm之間。顯見本實施例之變焦鏡頭1處於中間端時之縱向像差、場曲、畸變、橫向像差以及橫向色差都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
由第6A圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.04 mm至0.17 mm之間。由第6B圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.07 mm至0.36 mm之間。由第6C圖(圖中的3條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線，所產生的畸變小於正負1.5%。由第6D圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同影像高度所產生的橫向像差值小於正負26 μm。由第6G圖可看出，本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時，以波長0.587560 μm為參考波長，對波長範圍介於0.436 μm至0.656 μm之光線於不同視場高度所產生的橫向色差值介於-7 μm至3 μm之間。 顯見本實施例之變焦鏡頭1處於望遠端時之縱向像差、場曲、畸變、橫向像差以及橫向色差都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧變焦鏡頭
G1‧‧‧第一透鏡群
G2‧‧‧第二透鏡群
G3‧‧‧第三透鏡群
G4‧‧‧第四透鏡群
G5‧‧‧第五透鏡群
G6‧‧‧第六透鏡群
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
L6‧‧‧第六透鏡
L7‧‧‧第七透鏡
L8‧‧‧第八透鏡
L9‧‧‧第九透鏡
L10‧‧‧第十透鏡
L11‧‧‧第十一透鏡
L12‧‧‧第十二透鏡
L13‧‧‧第十三透鏡
L14‧‧‧第十四透鏡
L15‧‧‧第十五透鏡
ST‧‧‧光圈
OF‧‧‧濾光片
IMA‧‧‧成像面
OA‧‧‧光軸
S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42‧‧‧面
S51、S52、S61、S62、S71、S72、S81、S82‧‧‧面
S91、S92、S101、S102、S111、S121、S122‧‧‧面
S131、S132、S141、S142、S151、S152‧‧‧面
SST ‧‧‧面
D45 、D8ST 、DST9 、D89 、D910 、D1213 、D1415 、D15OF ‧‧‧間距
第1圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於廣角端的透鏡配置與光路示意圖。
第2圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於中間端的透鏡配置與光路示意圖。
第3圖係依據本發明之變焦鏡頭之一實施例處於望遠端的透鏡配置與光路示意圖。
第4A圖係第1圖之變焦鏡頭之縱向像差圖。
第4B圖係第1圖之變焦鏡頭之場曲圖。
第4C圖係第1圖之變焦鏡頭之畸變圖。
第4D圖係第1圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第4E圖係第1圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第4F圖係第1圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第4G圖係第1圖之變焦鏡頭之橫向色差圖。
第5A圖係第2圖之變焦鏡頭之縱向像差圖。
第5B圖係第2圖之變焦鏡頭之場曲圖。
第5C圖係第2圖之變焦鏡頭之畸變圖。
第5D圖係第2圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第5E圖係第2圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第5F圖係第2圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第5G圖係第2圖之變焦鏡頭之橫向色差圖。
第6A圖係第3圖之變焦鏡頭之縱向像差圖。
第6B圖係第3圖之變焦鏡頭之場曲圖。
第6C圖係第3圖之變焦鏡頭之畸變圖。
第6D圖係第3圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第6E圖係第3圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第6F圖係第3圖之變焦鏡頭之橫向光扇圖。
第6G圖係第3圖之變焦鏡頭之橫向色差圖。
1‧‧‧變焦鏡頭
G1‧‧‧第一透鏡群
G2‧‧‧第二透鏡群
G3‧‧‧第三透鏡群
G4‧‧‧第四透鏡群
G5‧‧‧第五透鏡群
G6‧‧‧第六透鏡群
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
L6‧‧‧第六透鏡
L7‧‧‧第七透鏡
L8‧‧‧第八透鏡
L9‧‧‧第九透鏡
L10‧‧‧第十透鏡
L11‧‧‧第十一透鏡
L12‧‧‧第十二透鏡
L13‧‧‧第十三透鏡
L14‧‧‧第十四透鏡
L15‧‧‧第十五透鏡
ST‧‧‧光圈
OF‧‧‧濾光片
IMA‧‧‧成像面
OA‧‧‧光軸
S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42‧‧‧面
S51、S52、S61、S62、S71、S72、S81、S82‧‧‧面
S91、S92、S101、S102、S111、S121、S122‧‧‧面
S131、S132、S141、S142、S151、S152‧‧‧面
SST ‧‧‧面
D45 、D8ST 、DST9 、D89 、D910 、D1213 、D1415 、D15OF ‧‧‧間距

Claims (10)

  1. 一種變焦鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡群，該第一透鏡群具有正屈光力；一第二透鏡群，該第二透鏡群具有負屈光力；一第三透鏡群，該第三透鏡群具有正屈光力；以及一第四透鏡群，該第四透鏡群具有正屈光力；其中該變焦鏡頭由廣角端變焦至望遠端時，該第一透鏡群、該第二透鏡群、該第三透鏡群及該第四透鏡群之間距改變；其中該第一透鏡群沿著該光軸從該物側至該像側依序包括一第一透鏡以及一第二透鏡，該第一透鏡群以及該第一透鏡滿足以下條件：-1.2<fG1 /f1 <-0.58其中，fG1 為該第一透鏡群之有效焦距，f1 為該第一透鏡之有效焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡之阿貝系數大於35。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡具有負屈光力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第二透鏡之阿貝系數大於80。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之變焦鏡頭，其中該第二透鏡具有正屈光力。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第三透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡沿著該光軸從該物側至該像側依序排列，該第三透鏡之阿貝係數大於80。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭，其中該第三透鏡具有正屈光力。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第四透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡沿著該光軸從該物側至該像側依序排列，該第四透鏡之阿貝係數大於80。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡具有正屈光力。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其更包括一光圈，設置於該第二透鏡群與該第三透鏡群之間。
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