TWI494593B

TWI494593B - 變焦鏡頭

Info

Publication number: TWI494593B
Application number: TW100128815A
Authority: TW
Inventors: Jung Yao Chen; Chao Han Pao
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2015-08-01
Also published as: TW201307890A

Description

變焦鏡頭

本發明係有關一種變焦鏡頭，特別是有關於一種輕薄化、成本低、高放大倍率且成像品質佳的變焦鏡頭。

影像擷取裝置，例如數位相機或數位攝影機，通常藉由鏡頭模組和影像感測器擷取待攝物的影像，其中鏡頭模組使來自待攝物的光束產生折射並聚集在影像感測器上，接著影像感測器將類比的光訊號轉換為數位電子訊號，以便進行後續的影像處理、儲存及傳輸。

影像擷取裝置的鏡頭模組，通常是由三到六個透鏡群(lens group)所組成，且通常透鏡群數愈少，鏡頭模組的成本愈低、尺寸愈小。然而，低透鏡群數的鏡頭模組，可能無法兼顧到良好成像品質與高放大倍率的要求。

有鑑於此，有需要提出一種新的變焦鏡頭，可同時滿足低成本、輕薄化、高放大倍率，及高成像品質的要求。

本發明實施例的目的之一在於提出一種變焦鏡頭，在降低製造成本的前提下，同時實現輕薄化、高放大倍率、高成像品質的變焦鏡頭。

根據上述目的，本發明的一實施例提供一種變焦鏡頭，自物側至像側依序包含一具有負屈光度的第一透鏡群，以及一具有正屈光度的第二透鏡群，其中第二透鏡群包含複數個透鏡，且最靠近像側之透鏡的朝像側表面具有正值曲率。

藉此，本發明的變焦鏡頭，能在降低成本、輕薄化的條件下，產生比習知變焦鏡頭更高的放大倍率與更優質的影像品質。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。

為達到輕薄化、成本低、高放大倍率、高成像品質的要求，本發明實施例提供一種變焦鏡頭，自物側至像側依序包含一具有負屈光度的第一透鏡群，以及一具有正屈光度的第二透鏡群，其中第二透鏡群包含複數個透鏡，且最靠近像側之透鏡的朝像側表面具有正值曲率(curvature)。

此外，第一透鏡群亦包含複數個透鏡，且該第一透鏡群及/或該第二透鏡群於一光軸上相對移動，以決定該變焦鏡頭的一倍率(zoom ratio)。於本文中，「及/或」意指「以及」或「或者」。

此外，較佳地，於該第一透鏡群的複數個透鏡中，最靠近物側之透鏡的朝物側表面具有正值或負值曲率，較佳為正值；最靠近物側之透鏡的朝像側表面具有正值曲率；最靠近像側之透鏡的朝物側表面具有正值曲率；最靠近像側之透鏡的朝像側表面具有正值或負值曲率，較佳為負值。在此結構下，第一透鏡群的最靠近物側之透鏡可具有負屈光度，最靠近像側之透鏡可具有正屈光度。

此外，較佳地，於該第二透鏡群的複數個透鏡中，最靠近物側之透鏡的朝物側表面具有正值曲率；最靠近物側之透鏡的朝像側表面具有負值曲率；最靠近像側之透鏡的朝物側表面具有正值或負值曲率，較佳為負值。在此結構下，第二透鏡群的最靠近物側之透鏡可具有正屈光度，最靠近像側之透鏡可具有負屈光度。

此外，較佳地，該第二透鏡群的複數個透鏡中，最靠近像側之透鏡的阿貝數為VDi，且VDi滿足以下條件：VDi<30。

此外，每個透鏡群各包含至少一非球面透鏡或一自由曲面透鏡，其材質可以是塑膠或玻璃；其中，塑膠材質可包含，但不限制於，聚碳酸脂(polycarbonate)、環烯烴共聚物，例如APEL，以及聚酯樹脂，例如OKP4或OKP4HT等。具體而言，玻璃透鏡是以光學級的玻璃為材料，利用研磨拋光或玻璃模造製程(glass molding process，GMP)製成，而塑膠透鏡可以是利用聚合物射出成型製成。此外，每一自由曲面透鏡具有至少一連續光滑曲面(free-form freedom surface)，而每一非球面透鏡具有至少一非球面表面，且該非球面表面滿足下列數學式：其中Z為在光軸OA方向的座標值，以光傳輸方向為正方向，A₄、A₆、A₈、A₁₀及A₁₂為非球面係數，K為二次曲面常數，C=1/R，C為曲率，R為曲率半徑，Y為正交於光軸方向的座標值，以上方為正方向。此外，每一非球面透鏡的非球面數學式的各項參數或係數的值可分別設定，以決定各非球面透鏡的焦距。

本發明實施例的變焦鏡頭，可應用於具有影像投影或擷取功能的一裝置上，例如，數位相機、數位攝影機、手機，或投影機。

以下以兩個具體實施例說明本發明的變焦鏡頭。

第一A圖與第一B圖顯示本發明第一實施例的變焦鏡頭ZL在廣角端(wide)及望遠端(tele)時各透鏡的位置。如圖，在本實施例，變焦鏡頭ZL主要包含，自物側至像側，具有負屈光度的第一透鏡群G1，以及具有正屈光度的第二透鏡群G2。此兩個透鏡群沿著光軸OA設置，且於像側具有成像面I。此外，變焦鏡頭ZL可包含光闌S及濾光片F。光闌S可設置於第一透鏡群G1及第二透鏡群G2之間，用以限制通過第一透鏡群G1的光束進入第二透鏡群G2的光通量；濾光片F設置於第二透鏡群G2及成像面I之間，用以濾除光束中的不可見光，其中濾光片F可以是一紅外線濾光片。其中成像面I上可以設置一影像擷取單元，以接收穿透過濾光片F的光束，並將光類比訊號轉換成電數位訊號。此外，在成像面I與濾光片F之間更可增加平面鏡片C，用以保護影像擷取單元。

於本實施例，依序自物側至像側，第一透鏡群G1包含具有負屈光度的第一透鏡L11、具有正屈光度的第二透鏡L12；第二透鏡群G2包含具有正屈光度的第一透鏡L21、具有負屈光度的第二透鏡L22。本發明的變焦鏡頭ZL不限定於上述結構；例如，在某些實施例，第一透鏡L21與第二透鏡L22的至少其中之一，可以是由兩個透鏡膠合而成的膠合透鏡。此外，前述光闌S也可設置於第一透鏡L21與第二透鏡L22之間。

另外，第一透鏡群G1之第二透鏡L12，以及第二透鏡群G2之第一透鏡L21與第二透鏡L22，可採用兩表面均為非球面的非球面透鏡，或兩表面均為自由曲面的自由曲面透鏡，或一表面為非球面另一表面為自由曲面的透鏡，其餘透鏡可採用兩面均為球面的玻璃透鏡或塑膠透鏡。於本實施例，第一透鏡L11為兩表面均為球面的玻璃透鏡、第二透鏡L12為兩表面均為非球面的塑膠透鏡，而第一透鏡L21為兩表面均為以玻璃模造製成的非球面玻璃透鏡，第二透鏡L22為兩表面均為非球面的塑膠透鏡。

此外，當變焦鏡頭ZL需要改變其整體倍率(zoom ratio)，會藉由移動第一透鏡群G1與第二透鏡群G2而調整倍率；再藉由移動第一透鏡群G1、第二透鏡群G2、成像面I的其中之一或其組合，以調整焦距或補償焦距偏移(shift)，使成像面I上的成像清晰。較佳地，調整焦距是藉由移動成像面I完成。例如，當第一透鏡群G1靠近第二透鏡群G2，會使得變焦鏡頭ZL的整體焦距增加，此時可藉由移動成像面I，補償焦距偏移。

表一列出根據第一實施例變焦鏡頭的詳細資料，其包含各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率、阿貝數等。其中鏡片的表面代號是從物側至像側依序編排，例如：「S1」代表第一透鏡L11朝物側的表面，「S2」代表第一透鏡L11朝像側的表面、「S3」代表第二透鏡L12朝物側的表面、「S」代表光闌表面等等。

另外，「厚度」代表該表面與相鄰於像側一表面的距離，例如，表面S1的「厚度」為表面S1與表面S2的距離，表面S2的「厚度」為表面S2與表面S3的距離。若厚度值標示為「D1」「D2」，表示兩表面的距離依照廣角端與望遠端而有所不同，其距離如表二所示。

另外，表三列示如表一實例分別於廣角端及望遠端的焦距f、光圈值FNO、視角半角ω(half angle view)、像高Y及鏡頭總長TL。在本實例，變焦鏡頭的倍率大約為4倍。

另外，於表一中，表面代號「S3」「S4」「S5」「S6」「S07」「S08」的表面為非球面，其非球面數學式中的各項係數如表四所示。

第二A圖至第二B圖分別顯示如表一實例之變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的場曲(field curvature)曲線。其中，曲線T、S分別是變焦鏡頭對於正切光束(Tangential Rays)與弧矢光束(Sagittal Rays)的場曲值。圖中顯示於廣角端的正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.10mm,0.10mm)範圍內，望遠端的正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(0.00mm,0.025mm)範圍內。

第三A圖至第三B圖分別顯示如表一實例之變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的畸變(distortion)曲線。圖中顯示於廣角端的畸變率控制在(-10%,0.0%)範圍內，望遠端的畸變率控制在(-0.9%,0.0%)範圍內。

本發明第二實施例的變焦鏡頭的結構，與第一A圖、第一B圖所示的第一實施例大致相同，差異處在於構成鏡片，特別是第二透鏡L22的特性不同，其朝物側的表面具有正值曲率；以下以實例說明不同處，相同處可沿用先前說明，不再贅述。

表五列出根據第二實施例變焦鏡頭的詳細資料。其中表面代號的編排方式與表一相同。

表五

另外，「厚度」代表該表面與相鄰於像側一表面的距離。若厚度值標示為「D1」「D2」，表示兩表面的距離依照廣角端與望遠端而有所不同，其距離如表六所示。

另外，表七列示如表五實例分別於廣角端及望遠端的焦距f、光圈值FNO、視角半角ω(half angle view)、像高Y及鏡頭總長TL。在本實例，變焦鏡頭的倍率大約為4倍。

另外，於表五中，表面代號「S3」「S4」「S5」「S6」「S07」「S08」的表面為非球面，其非球面數學式中的各項係數如表八所示。

第四A圖至第四B圖分別顯示如表五實例之變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的場曲(field curvature) 曲線。其中，曲線T、S分別是變焦鏡頭對於正切光束(Tangential Rays)與弧矢光束(Sagittal Rays)的場曲值。圖中顯示於廣角端的正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.50mm,0.50mm)範圍內，望遠端的正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.075mm,0.010mm)範圍內。

第五A圖至第五B圖分別顯示如表五實例之變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的畸變(distortion)曲線。圖中顯示於廣角端的畸變率控制在(-20%,0.0%)範圍內，望遠端的畸變率控制在(-0.5%,0.0%)範圍內。

以上，本發明實施例的變焦鏡頭在廣角端與望遠端的場曲能獲得良好校正。並且，利用本發明實施例的變焦鏡頭，能在降低成本、小型化的條件下，產生高放大倍率與高成像品質的影像。以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

ZL‧‧‧變焦鏡頭

G1‧‧‧第一透鏡群

G2‧‧‧第二透鏡群

OA‧‧‧光軸

S‧‧‧光闌

F‧‧‧濾光片

C‧‧‧平面鏡片

I‧‧‧成像面

L11‧‧‧第一透鏡

L12‧‧‧第二透鏡

L21‧‧‧第一透鏡

L22‧‧‧第二透鏡

TL‧‧‧鏡頭總長

第一A圖與第一B圖分別顯示本發明第一實施例的變焦鏡頭ZL在廣角端及望遠端時各透鏡的位置。

第二A圖與第二B圖分別顯示第一實施例的變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的場曲曲線。

第三A圖與第三B圖分別顯示第一實施例的變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的畸變曲線。

第四A圖與第四B圖分別顯示第二實施例的變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的場曲曲線。

第五A圖與第五B圖分別顯示第二實施例的變焦鏡頭，以波長546nm光束測試於廣角端與望遠端的畸變曲線。