TWI597519B - 變焦鏡頭及應用該變焦鏡頭的取像裝置 - Google Patents

變焦鏡頭及應用該變焦鏡頭的取像裝置 Download PDF

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Description

變焦鏡頭及應用該變焦鏡頭的取像裝置
本發明涉及一種光學技術，尤其涉及一種變焦鏡頭及應用該變焦鏡頭的取像裝置。
隨著科技的不斷發展，電子產品不斷地朝向輕薄短小及多功能的方向發展，而電子產品中，如數碼相機、電腦等已具備取像裝置之外，甚至行動電話或個人數位輔助器(PDA)等裝置亦有加上取像裝置的需求；而為了攜帶方便及符合人性化的需求，取像裝置往往體積越來越小，然卻無法兼顧成像品質等其他方面。
有鑑於此，有必要提供一種成像品質好的變焦鏡頭。
另，還有必要提供一種應用上述變焦鏡頭的取像裝置。
一種變焦鏡頭，其從物端至成像端依次包括：一具有負屈光度的第一透鏡組、一具有正屈光度的第二透鏡組、一具有負屈光度的第三透鏡組及一成像面，從物端至成像端所述第一透鏡組依次包括一具有正屈光度的第一透鏡及一具有負屈光度的第二透鏡，從物端至成像端所述第二透鏡組依次包括一具有正屈光度的第三透鏡、一具有負屈光度的第四透鏡及一具有正屈光度的第五透鏡，所述第三透鏡組至少包括一具有負屈光度的第六鏡片。
一種應用上所述的變焦鏡頭的取像裝置。
滿足上述條件的變焦鏡頭，其成像品質好且利於小型化。
100‧‧‧變焦鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
11‧‧‧第一透鏡
13‧‧‧第二透鏡
20‧‧‧第二透鏡組
21‧‧‧第三透鏡
23‧‧‧第四透鏡
25‧‧‧第五透鏡
30‧‧‧第三透鏡組
31‧‧‧第六透鏡
40‧‧‧平面透鏡
50‧‧‧成像面
60‧‧‧光闌
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面
S7‧‧‧第七表面
S8‧‧‧第八表面
S9‧‧‧第九表面
S10‧‧‧第十表面
S11‧‧‧第十一表面
S12‧‧‧第十二表面
S13‧‧‧第十三表面
S14‧‧‧第十四表面
圖1a~1c依次為本發明實施方式的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的結構示意圖。
圖2a~2c依次為本發明實施例1的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的場曲圖。
圖3a~3c依次為本發明實施例1的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的畸變圖。
圖4a~4c依次為本發明實施例1的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的色差圖。
圖5a~5c依次為本發明實施例1的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的球面像差圖。
圖6a~6c依次為本發明實施例1的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時各視角的彗星像差圖。
圖7a~7c依次為本發明實施例2的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的場曲圖。
圖8a~8c依次為本發明實施例2的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的畸變圖。
圖9a~9c依次為本發明實施例2的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的色差圖。
圖10a~10c依次為本發明實施例2的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的球面像差圖。
圖11a~11c依次為本發明實施例2的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時各視角的彗星像差圖。
圖12a~12c依次為本發明實施例3的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的場曲圖。
圖13a~13c依次為本發明實施例3的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的畸變圖。
圖14a~14c依次為本發明實施例3的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的色差圖。
圖15a~15c依次為本發明實施例3的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時的球面像差圖。
圖16a~16c依次為本發明實施例3的變焦鏡頭於廣角端、中間焦距及望遠端時各視角的彗星像差圖。
請參閱圖1a~1c，本發明較佳實施方式所提供的變焦鏡頭100，其可應用於照相機或攝像機等具有取像功能的取像裝置(圖未示)上。其中，圖1a~1c依次分別為所述變焦鏡頭100於廣角端、中交焦距及望遠端時的狀態。所述變焦鏡頭100沿光軸方向從物端至成像端依次包括：一具有負屈光度且可沿該變焦鏡頭100的光軸移動的第一透鏡組10、一具有正屈光度且可沿該變焦鏡頭100的光軸移動的第二透鏡組20、一具有負屈光度且可沿該變焦鏡頭100的光軸移動的第三透鏡組30、一平面透鏡40及一成像面50。當變焦鏡頭100從廣角端變化至望遠端時，所述第一透鏡組10、第二透鏡組20及第三透鏡組30均朝物端方向移動，從而達到光學變焦的效果。
沿光軸方向從物端至成像端，所述第一透鏡組10依次包括一具有正屈光度的第一透鏡11及一具有負屈光度的第二透鏡13。所述第一透鏡11與第二透鏡13為間隔設置，以使所述第一透鏡11與第二透鏡13之間可設置一遮光片(圖未示)來吸收雜散光，以減少鬼影的產生。所述第一透鏡11與第二透鏡13中至少有一透鏡可由塑膠製成，以降低成本。所述第一透鏡11從物端至成像端依次包括第一表面S1及與第一表面S1對應的第二表面S2。所述第二透鏡13從物端至成像端依次包括第三表面S3及與第三表面S3對應的第四表面S4。所述第一透鏡11及第二透鏡13均為彎月形透鏡，所述第一表面S1及第三表面S3均為凹面朝向物端，所述第二表面S2及第四表面S4均為凸面朝向成像端。所述第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3及第四表面S4中至少有一表面為非球面表面。
沿光軸方向從物端至成像端，所述第二透鏡組20依次包括一具有正屈光度的第三透鏡21、一具有負屈光度的第四透鏡23及一具有正屈光度的第五透鏡25。所述第三透鏡21與第四透鏡23間隔設置，所述第四透鏡23與第五透鏡25相膠合。所述第三透鏡21、第四透鏡23及第五透鏡25中至少一透鏡由 塑膠製成。所述第三透鏡21從物端至成像端依次包括第五表面S5及與第五表面S5對應的第六表面S6。所述第四透鏡23從物端至成像端依次包括第七表面S7及與第七表面S7對應的第八表面S8。所述第五透鏡25從物端至成像端依次包括第九表面S9及與第九表面S9對應的第十表面S10。所述第七表面S7及第九表面S9均為凸面朝向物端，所述第八表面S8及第十表面S10均為凹面朝向成像端。所述第七表面S7、第八表面S8、第九表面S9及第十表面S10中至少有一表面為非球面表面。本實施方式中，所述第五表面S5為一平整表面，所述第六表面S6為一凸面朝向成像端。
所述第三透鏡組30包括至少一具有負屈光度的鏡片。所述第三透鏡組30至少一透鏡由塑膠製成。本實施方式中，所述第三透鏡組30僅包括一具有負屈光度的第六透鏡31。該第六透鏡31由塑膠製成。所述第六透鏡31從物端至成像端依次包括第十一表面S11及與第十一表面S11對應的第十二表面S12。所述第十一表面S11為凹面朝向物端，第十二表面S12為凸面朝向成像端。所述第十一表面S11及第十二表面S12中至少有一表面為非球面表面。
所述平面透鏡40從物端至成像端依次包括第十三表面S13及第十四表面S14。
所述變焦鏡頭100還包括一設置於所述第一透鏡組10與第二透鏡組20之間並鄰近所述第二透鏡組20的光闌60(Aperture stop)，該光闌60用以限制經過第一透鏡組10的光線進入第二透鏡組20的光通量，並讓經過第一透鏡組10後的光錐更加對稱，使變焦鏡頭100的慧差(coma)得以修正。所述光闌60可與所述第二透鏡組20一起沿該變焦鏡頭100的光軸移動。
所述變焦鏡頭100滿足以下條件式：(1)TLw/Hy≦1.6；(2)0.03<|F3/Ft|<0.15；(3)8.9<|(Fw×F1)/(Ft×F3)|<12.6。
其中，TLw為所述變焦鏡頭100於廣角端時第一表面S1至成像面50的總長度；Hy為所述變焦鏡頭100的成像端的像高；F1為所述第一透鏡組10的有效焦距；F3為所述第三透鏡組10的有效焦距；Fw為所述變焦鏡頭100於廣角端時的有效焦距；Ft為所述變焦鏡頭100於望遠端時的有效焦距。
滿足條件式(1)、(2)及(3)，可保證所述變焦鏡頭100於達到小型化的情況下仍具有較大視角，並使所述變焦鏡頭100於望遠端時，能控制入射視角並改善畸變像差使其於合理範圍內。
優選地，變焦鏡頭100還滿足以下條件：(4)1.06<|R12/R11|<1.15；(5)0.12<|(TLw-TLt)/Fw|<0.13。
其中，R11為所述第一表面S1的曲率半徑；R12為所述第二表面S2的曲率半徑；TLt為所述變焦鏡頭100於望遠端時第一表面S1至成像面50的總長度。
滿足條件式(4)及(5)可使得所述變焦鏡頭100具有快速對焦的效果。
優選地，變焦鏡頭100還滿足以下條件：(6)n1<30且|n1-n2|<0.13；(7)0.28<|f4/V4+f5/V5|<0.42。
其中，n1為所述第一透鏡11的折射率；n2為所述第二透鏡13的折射率；f4為所述第四透鏡23的有效焦距；f5為所述第五透鏡25的有效焦距；V4為所述第四透鏡23的阿貝數；V5為所述第五透鏡25的阿貝數。
滿足條件式(6)及(7)可修正所述變焦鏡頭100的像面彎曲及像差，並補償所述變焦鏡頭100的橫向色差。
本實施方式的變焦透鏡100，其可達到大光圈、高倍廣角的要求，並使其光學總長得以縮小，且於所述變焦鏡頭100光學總長度縮小的情況下仍能保證獲取較高畫質的圖像。
所述非球面表面可滿足以下數學式：Z=ch2/(1+(1-(k+1)c2h2)1/2)+E4h4+E6h6+E8h8+E10h10。
其中，z為透鏡表面於沿光軸方向上的座標值；c為基準球面曲率半徑的倒數；h為透鏡表面相對光軸的距離；k為二次曲面係數；E4、E6、E8及 E10分別為第4、6、8及10階的非球面係數。每一非球面透鏡的二個非球面數學式的各項參數值或系數值可分別設定，以決定該非球面透鏡的焦距。
實施例1
實施例1的變焦鏡頭100的各光學組件滿足表1、表2及表3的條件，其中，i表示從物端開始的第i個透鏡表面；Di表示從物端開始的第i個透鏡表面至第i+1個透鏡表面間的軸向距離。
表3示出了表1中每個可變間距D4、D10及D12分別於廣角端、中間焦距及望遠端時對應的值。
所述變焦鏡頭100於廣角端時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖2a至圖6a所示。圖2a中，曲線T及曲線S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線。可見，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.01mm,0.039mm)範圍內。圖3a為畸變特性曲線，所述變焦鏡頭100的畸變量 控制於4.2%以內。從圖4a可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於2.7μm以內。從圖5a可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(0.009mm,0.039mm)範圍內。從圖6a可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
所述變焦鏡頭100於中間焦距時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖2b至圖6b所示。從圖2b可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.015mm,0.027mm)範圍內。從圖3b可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於4.4%以內。從圖4b可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於2.7μm以內。從圖5b可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(0.000mm,0.027mm)範圍內。從圖6b可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
實施例2
實施例2的變焦鏡頭100與實施例1的變焦鏡頭100的結構相同，不同的係實施例2的變焦鏡頭100的各光學組件滿足表4、表5及表6的條件。
表6示出了表4中每個可變間距D4、D10及D12分別於廣角端、中間焦距及望遠端時對應的值。
所述變焦鏡頭100於廣角端時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖7a至圖11a所示。從圖7a可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.014mm,0.041mm)範圍內。從圖8a可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-4.6%以內。從圖9a可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於3.5μm以內。從圖10a可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(0.008mm,0.041mm)範圍內。從圖11a可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
所述變焦鏡頭100於中間焦距時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖7b至圖11b所示。從圖7b可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.019mm,0.030mm)範圍內。從圖8b可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-4.8%以內。從圖9b可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於3.4μm以內。從圖10b可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(-0.003mm,0.030mm)範圍內。從圖11b可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
所述變焦鏡頭100於望遠端時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖7c至圖11c所示。從圖7c可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.019mm,0.035mm)範圍內。從圖8c可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-4.66%以內。從圖9c可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於3.6μm以內。從圖10c可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(-0.014mm,0.035mm)範圍內。從圖11c可看出，所述變焦 鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。綜上可知，所述變焦鏡頭100於廣角端、中間焦距及望遠端時對應的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差均能被控制(修正)於較小的範圍內。
實施例3
實施例3的變焦鏡頭100與實施例1的變焦鏡頭100的結構相同，不同的係實施例3的變焦鏡頭100的各光學組件滿足表7、表8及表9的條件。
表8
表9示出了表7中每個可變間距D4、D10及D12分別於廣角端、中間焦距及望遠端時對應的值。
所述變焦鏡頭100於廣角端時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖12a至圖16a所示。從圖12a可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.014mm,0.050mm)範圍內。從圖13a可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-4.6%以內。從圖14a以看出， 所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於2.8μm以內。從圖15a可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(0.008mm,0.049mm)範圍內。從圖16a可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
所述變焦鏡頭100於中間焦距時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1mm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖12b至圖16b所示。從圖12b可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.019mm,0.037mm)範圍內。從圖13b可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-4.8%以內。從圖14b可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於2.8μm以內。從圖15b可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(-0.003mm,0.037mm)範圍內。從圖16b可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。
所述變焦鏡頭100於望遠端時分別針對藍光(B，波長486.1nm)、綠光(G，波長546.1nm)及紅光(R，波長656.3nm)的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差分別如圖12c至圖16c所示。從圖12c可看出，所述變焦鏡頭100的子午場曲值及最大弧矢場曲值均控制於(-0.011mm,0.039mm)範圍內。從圖13c可看出，所述變焦鏡頭100的畸變量控制於-10.6%以內。從圖15c可看出，所述變焦鏡頭100的倍率色差控制於3.5μm以內。從圖15c可看出，所述變焦鏡頭100的球面像差控制於(-0.019mm,0.038mm)範圍內。從圖16c可看出，所述變焦鏡頭100各視角的彗星像差均於可接受範圍內。綜上可知，所述變焦鏡頭100於廣角端、中間焦距及望遠端時對應的場曲、畸變、色差、球面像差及彗星像差均能被控制(修正)於較小的範圍內。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。
100‧‧‧變焦鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
11‧‧‧第一透鏡
13‧‧‧第二透鏡
20‧‧‧第二透鏡組
21‧‧‧第三透鏡
23‧‧‧第四透鏡
25‧‧‧第五透鏡
30‧‧‧第三透鏡組
31‧‧‧第六透鏡
40‧‧‧平面透鏡
50‧‧‧成像面
60‧‧‧光闌
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面
S7‧‧‧第七表面
S8‧‧‧第八表面
S9‧‧‧第九表面
S10‧‧‧第十表面
S11‧‧‧第十一表面
S12‧‧‧第十二表面
S13‧‧‧第十三表面
S14‧‧‧第十四表面

Claims (10)

  1. 一種變焦鏡頭，其從物端至成像端依次包括：一具有負屈光度的第一透鏡組、一具有正屈光度的第二透鏡組、一具有負屈光度的第三透鏡組及一成像面，從物端至成像端所述第一透鏡組依次包括一具有正屈光度的第一透鏡及一具有負屈光度的第二透鏡，從物端至成像端所述第二透鏡組依次包括一具有正屈光度的第三透鏡、一具有負屈光度的第四透鏡及一具有正屈光度的第五透鏡，所述第三透鏡組至少包括一具有負屈光度的第六鏡片，所述第三透鏡與所述第四透鏡間隔設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件式：(1)TLw/Hy≦1.6；(2)0.03<|F3/Ft|<0.15；(3)8.9<|(Fw×F1)/(Ft×F3)|<12.6；其中，TLw為所述變焦鏡頭於廣角端時第一表面至成像面的總長度；Hy為所述變焦鏡頭的成像端的像高；F1為所述第一透鏡組的有效焦距；F3為所述第三透鏡組的有效焦距；Fw為所述變焦鏡頭於廣角端時的有效焦距；Ft為所述變焦鏡頭於望遠端時的有效焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述第一透鏡從物端至成像端依次包括第一表面及與第一表面對應的第二表面，所述第二透鏡與所述第一透鏡為間隔設置，所述第二透鏡從物端至成像端依次包括第表面及與第三表面對應的第四表面，所述第一透鏡及第二透鏡均為彎月形透鏡，所述第一表面及第三表面均為凹面朝向物端，所述第二表面及第四表面均為凸面朝向成像端，所述第四透鏡與第五透鏡相膠合，所述第四透鏡從物端至成像端依次包括第七表面及與第七表面對應的第八表面，所述第五透鏡從物端至成像端依次包括第九表面及與第九表面對應的第十表面，所述第七表面及第九表面均為凸面朝向物端，所述第八表面及第十表面均為凹面朝向成像端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭還滿足以下條件式：(4)1.06<|R12/R11|<1.15；(5)0.12<|(TLw-TLt)/Fw|<0.13；其中，R11為所述第一表面S1的曲率半徑；R12為所述第二表面S2的曲率半徑；TLw為所述變焦鏡頭於廣角端時第一表面至成像面的總長度；TLt為所述變焦鏡頭於望遠端時第一表面至成像面的總長度；Fw為所述變焦鏡頭於廣角端時的有效焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭還滿足以下條件式：(6)n1<30且|n1-n2|<0.13；(7)0.28<|f4/V4+f5/V5|<0.42；其中，n1為所述第一透鏡的折射率；n2為所述第二透鏡的折射率；f4為所述第四透鏡的有效焦距；f5為所述第五透鏡的有效焦距；V4為所述第四透鏡的阿貝數；V5為所述第五透鏡的阿貝數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭還包括一光闌，所述光闌設置於所述第一透鏡組與第二透鏡組之間並鄰近所述第二透鏡組，所述光闌隨所述第二透鏡組一起沿該變焦鏡頭的光軸移動。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭還包括一平面透鏡，所述平面透鏡設置於所述第三透鏡組與所述成像面之間。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之變焦鏡頭，其中所述第一表面、第二表面、第三表面及第四表面中至少有一表面為非球面表面，所述第七表面、第八表面、第九表面及第十表面中至少有一表面為非球面表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中所述第一透鏡與第二透鏡中至少有一透鏡由塑膠製成，所述第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡中至少一透鏡由塑膠製成，所述第六透鏡由塑膠製成。
  10. 一種應用申請專利範圍第1-9項中任意一項所述的變焦鏡頭的取像裝置。
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