专利名称：变焦镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦镜头，尤其涉及一种可使用于固态组件的两群组式的反焦型变焦镜头，该变焦镜头例如可使用于小型图像提取装置，例如摄影机、数字相机等。
背景技术：
近年来，图像提取装置往小型化的需求发展，其中变焦镜头是非常关键的组件。因此变焦镜头积极朝着缩小体积、重量及成本发展，以使图像提取装置相对应地减少体积、重量及成本。
在现有技术中，在照相机的变焦镜头设计中，关于两群组式变焦镜头基本上可以分为两大类，第一类为远摄型(telephoto type)组合，该种变焦镜头为具有正屈光度(diopter)的前群组和具有负屈光度的后群组组合而成的两群组镜头，利用改变两群组间的空气间隔来改变焦距，特点是在使镜头后主平面往前移时，可以得到较短的后焦长度。
第二类为反焦型(retrofocus type)，此型为具有负屈光度(diopter)的前群组和具有正屈光度的后群组组合而成的两群组镜头。关于两群组式的变焦镜头有如专利号为US5179473的美国专利，此专利为反焦型变焦镜头，但是其变焦比(zoom ratio)无法超过2，只能达到1.8，因此无法满足近来图像提取装置的高变焦比的性能发展要求。
另一关于反焦型的变焦镜头还有如专利号为US5155629的美国专利及专利号为US4750820的美国专利，然而专利号为US5155629的美国专利的变焦镜头尺寸小型化参考值，即变焦系统全长(total track of zoom system)与图像传感器尺寸(image sensor size)比大约等于10。另外专利号为US4750820的美国专利的尺寸小型化参考值还会超过16。再者，上述专利号为US5179473的美国专利的尺寸小型化参考值也达到14。由于变焦镜头的尺寸通常会强烈地受到图像传感器尺寸的影响，因此变焦系统全长与图像传感器尺寸比是变焦镜头尺寸要小型化的一个关键参考值。该参考值愈小愈好。
因此本发明针对上述现有技术的缺陷，提供了一种变焦镜头以解决上述的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变焦镜头，其具有高变焦比并且同时具有小型化体积，即减少图像提取装置的体积。
本发明的另一目的在于提供一种变焦镜头，其由塑料材质制成的非球面镜片及一般常用的玻璃镜片所组成，可以达到成本低廉的目的。同时本发明具有结构简单、易组装的优点。
为达到上述目的，本发明提供一种变焦镜头，其包括有一前群组及一后群组的镜片，该前群组包括有第一镜片，其为弯月形负透镜，第二镜片，其为双凹负透镜，及第三镜片，其为正透镜；该后群组包括有第四镜片，其为正透镜，第五镜片，其为双凸透镜，第六镜片，其为弯月形负透镜，及第七镜片，其为弯月形负透镜，其中第四镜片及第七镜片为以塑料材质制成的非球状镜片，并且该变焦镜头符合下列条件条件(a)1.42＜d12/11＜1.73条件(b)1.20＜e13/d13＜1.36条件(c)1.2＜f2/fw＜1.3其中，d12为第六镜片与第七镜片的轴向距离；11为第六镜片径向高度；e13为第七镜片外缘厚度，d13为第七镜片中心厚度；f2为后群组的焦距，fw为广视角时的焦距。
根据本发明的技术方案，其中该第五镜片及第六镜片可胶合成一胶合透镜。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件(d)0.28＜(n10-n11)的绝对值＜0.31，其中，n10为第五镜片的折射率，n11为第六镜片的折射率。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8为第四镜片的折射率。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13为第七镜片的折射率。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件(g)56＜v8＜58，其中v8为第四镜片的阿贝(abbe)值。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件(h)29＜v13＜57，其中v13为第七镜片的阿贝值。
根据本发明的技术方案，其中该变焦镜头还符合下列条件1.49＜n8＜1.53，其中n8为第四镜片的折射率；1.52＜n13＜1.59，其中n13为第七镜片的折射率；56＜v8＜58，其中v8为第四镜片的阿贝值；及29＜v13＜57，其中v13为第七镜片的阿贝值。
本发明的有益效果及特点在于一、本发明的变焦镜头具有高变焦比(达到2.87，优于现有技术)，并且同时，其小型化参考值小至8.84均远低于现有技术，可有效节省空间并减少图像提取装置的体积。
二、本发明中第四镜片L4及第七镜片L7是以塑料材质制成的非球状镜片，其它的镜片可使用一般常用的玻璃镜片。非球状镜面的光学组件可以补偿光学系统中的像差，降低成本，并减轻重量，因此本发明还具有成本低廉的优点。
三、本发明中第五镜片L5及第六镜片L6可胶合成一胶合透镜，借此可减化变焦镜头的组装步骤，达到容易组装的优点。
图1为本发明的变焦镜头各镜片的配置示意图。
图2A表示实施例一在广视角时各透镜的位置图。
图2B表示实施例一在广视角时的像曲线图。
图2C表示实施例一在中间视角时的像曲线图。
图2D表示实施例一在小视角时的像曲线图。
图3A表示实施例二在广视角时各透镜的位置图。
图3B表示实施例二在广视角时的像曲线图。
图3C表示实施例二在中间视角时的像曲线图。
图3D表示实施例二在小视角时的像曲线图。
图4A表示实施例三在广视角时各透镜的位置图。
图4B表示实施例三在广视角时的像曲线图。
图4C表示实施例三在中间视角时的像曲线图。
图4D表示实施例三在小视角时的像曲线图。
图5A表示实施例四在广视角时各透镜的位置图。
图5B表示实施例四在广视角时的像曲线图。
图5C表示实施例四在中间视角时的像曲线图。
图5D表示实施例四在小视角时的像曲线图。
其中，附图标记说明如下前群组G1第一镜片L1第二镜片L2第三镜片L3后群组G2第四镜片L4第五镜片L5第六镜片L6第七镜片L7d1～d18各镜面之间的轴向距离S1～S14各透镜的镜面编号具体实施方式
请参阅图1，其显示本发明的变焦镜头各镜片的配置示意图。本发明的变焦镜头是由七片镜片所组成。由附图标记所示的各镜片的组合配置关系图中可知，本发明的变焦镜头包括有一前群组G1及一后群组G2的镜片。其中该前群组G1具有负屈光度(negative diopter，或称为negative power)的特性，该后群组G2具有正屈光度(positive diopter)的特性。利用前群组和后群组之间所形成的空气间隔的变化，亦即上述前、后群组通过改变群组间的光轴方向的间距形成变焦镜头即可改变此透镜系统的焦距。
在本发明的较佳实施例中，该前群组G1包括有第一镜片L1，其为弯月形负透镜；第二镜片L2，其为双凹负透镜；及第三镜片L3，其为正透镜。该后群组G2包括有第四镜片L4，其为正透镜；第五镜片L5，其为双凸透镜；第六镜片L6，其为弯月形负透镜；及第七镜片L7，其为弯月形负透镜。位于第四镜片L4前方的S表示光圈。
本发明中第四镜片L4及第七镜片L7优选是以塑料材质制成的非球面镜片，其它的镜片则可使用一般常用的玻璃镜片，借此可有效减少摄影装置的成本，达到成本低廉的目的。然而本发明仍具有尺寸小型化的特点并能维持图像的质量。这是因为非球状镜片可有效消除轴外像差，特别是第七镜片L7。S1～S19为各透镜的镜面编号，d1～d18表示各镜面之间的轴向距离。
本较佳实施例中，该第五镜片及第六镜片可胶合成一胶合透镜，如图所示，只视为一个镜面S11并且没有距离d。如此可减化变焦镜头的组装步骤，具有易组装的优点。
本发明为了实现尺寸小型化并维持图像的质量，可以使该变焦镜头符合下列条件，亦即具有下列特征条件(a)1.42＜d12/11＜1.73；条件(b)1.20＜e13/d13＜1.36；条件(c)1.2＜f2/fw＜1.3；其中d12为第六镜片及第七镜片的轴向距离(亦即镜面S12～S13之间的距离)；11为第六镜片的径向高度；e13为第七镜片的外缘厚度；d13为第七镜片的中心厚度；f2为后群组的焦距；fw为广视角时的焦距。
以下是本发明的第一个到第四个实施例的说明。
<第一实施例>
图2A表示实施例一在广视角时各透镜的位置图；图2B表示实施例一在广视角时的像曲线图；图2C表示实施例一在中间视角时的像曲线图；图2D表示实施例一在小视角时的像曲线图。其中图2A大体与图1相同，只在部分镜片的外型及距离上有稍微的变更，为使图面更为简洁，省略了S1～S19及d1～d18的附图标记。下列实施例的结构图也是相同的。
实施例一的初阶光学特性为Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.53-21.60，w＝29.7°-11.1°。其中Fno表示对应于广视角与小视角的光圈口径，f表示对应于广视角与小视角的系统焦距，w表示对应于广视角与小视角的半视角。其数据请参考下列的表一，其中r表示各表面的曲率半径(单位为毫米(mm)，以下实施例同)，d表示各镜面之间的轴向距离(单位为毫米(mm)，以下实施例同)，n表示各镜面的折射率，v表示各镜面的阿贝值(abbe value)，阿贝值是表示材料的色散(chromatic aberration)特性的数值，阿贝值与色散量成反比，“infinite”表示无穷大。
<表一>
透镜组中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面为非球面，其非球面系数资料分别如下
变量d6与d14相对于不同变焦位置的关系分别如下
上述的非球面在径向的方程式可表示如下Z=(curv)Y21+(1-(1+K)(curv)2Y2)+(A)Y4+(B)Y6+(C)Y8+(D)Y10]]>+(E)Y12+(F)Y14+(G)Y16+(H)Y18+(J)Y20]]>其中，Z值为突陷量(sag)，curv为曲率，K为二次曲面常数，Y为与镜片光轴垂直的高度，A为4阶非球面系数，B为6阶非球面系数，C为8阶非球面系数，D为10阶非球面系数，E为12阶非球面系数，F为14阶非球面系数，G为16阶非球面系数，H为18阶非球面系数，J为20阶非球面系数。
<第二实施例>
图3A表示实施例二在广视角时各透镜的位置图；图3B表示实施例二在广视角时的像曲线图；图3C表示实施例二在中间视角时的像曲线图；图3D表示实施例二在小视角时的像曲线图。
实施例二的初阶光学特性为Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.30-20.94，w＝30.5°-11.5°。其中Fno表示对应于广视角与小视角的光圈口径，f表示对应于广视角与小视角的系统焦距，w表示对应于广视角与小视角的半视角。其数据请参考下列的表一，其中r表示各表面的曲率半径，d表示各镜面之间的轴向距离，n表示各镜面的折射率，v表示各镜面的阿贝值。
<表二>
透镜组中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面为非球面，其非球面系数资料分别如下
变量d6与d14相对于不同变焦位置的关系分别如下
<第三实施例>
图4A表示实施例三在广视角时各透镜的位置图；图4B表示实施例三在广视角时的像曲线图；图4C表示实施例三在中间视角时的像曲线图；图4D表示实施例三在小视角时的像曲线图。
实施例三的初阶光学特性为Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.57-21.72，w＝29.5°-11.1°。其中Fno表示对应于广视角与小视角的光圈口径，f表示对应于广视角与小视角的系统焦距，w表示对应于广视角与小视角的半视角。其数据请参考下列的表三，其中r表示各表面的曲率半径，d表示各镜面之间的轴向距离，n表示各镜面的折射率，v表示各镜面的阿贝值。
<表三>
透镜组中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面为非球面，其非球面系数资料分别如下
变量d6与d14相对于不同变焦位置的关系分别如下
<第四实施例>
图5A表示实施例四在广视角时各透镜的位置图；图5B表示实施例四在广视角时的像曲线图；图5C表示实施例四在中间视角时的像曲线图；图5D表示实施例四在小视角时的像曲线图。
实施例四的初阶光学特性为Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.45-21.39，w＝29.9°-11.2°。其中Fno表示对应于广视角与小视角的光圈口径，f表示对应于广视角与小视角的系统焦距，w表示对应于广视角与小视角的半视角。其数据请参考下列的表四，其中r表示各表面的曲率半径，d表示各镜面之间的轴向距离，n表示各镜面的折射率，v表示各镜面的阿贝值。
<表四>
透镜组中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面为非球面，其非球面系数资料分别如下
变量d6与d14相对于不同变焦位置的关系分别如下
表五为以上四个实施例与条件(a)至(h)相关的统计表。以上实施例小型化参考值(OAL/IMA)均小至8.84，远低于现有技术。
表五
其中字段代号的意义如下OAL/IMA表示变焦系统全长(total track)与图像传感器尺寸(image sensorsize)之比，定义为小型化参考值；d12为第六镜片L6及第七镜片L7的轴向距离；11为第六镜片L6的径向高度；e13为第七镜片L7的外缘厚度，d13为第七镜片L7的中心厚度；f2为后群组的焦距，fw为广视角时的焦距。
n10为第五镜片L5的折射率，n11为第六镜片L6的折射率，n8表示第四镜片L4的折射率(index)，n13表示第七镜片L7的折射率；v8为第四镜片L4的阿贝值，v13为第七镜片L7的阿贝值。
配合本较佳实施例的变焦镜头，其中该变焦镜头的该第五镜片L5及第六镜片L6可胶合成一胶合透镜，优选符合下列条件(d)0.28＜(n10-n11)的绝对值＜0.31，其中，n10为第五镜片L5的折射率，n11为第六镜片L6的折射率。
并且由上述本发明的较佳实施例的数据可得知，其中该变焦镜头较佳的还符合下列条件(e)、(f)、(g)、(h)(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8为第四镜片L4的折射率；(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13为第七镜片L7的折射率；
(g)56＜v8＜58，其中v8为第四镜片L4的阿贝值；及(h)29＜v13＜57，其中v13为第七镜片L7的阿贝值。
上述的条件可以是择一的，或者是同时符合的。
〔本发明的创作特征及特点〕因此通过本发明所能产生的特点及功能经整理如后一、本发明的变焦镜头具有高变焦比(达到2.87，优于现有技术)，并且同时其小型化参考值小至8.84，远低于现有技术，可有效节省空间并减少图像提取装置的体积。
二、本发明中第四镜片L4及第七镜片L7是以塑料材质制成的非球状镜片，其它的镜片可使用一般常用的玻璃镜片。非球状镜面的光学组件可以补偿光学系统中的像差，降低成本，并减轻重量，因此本发明还具有成本低廉的优点。
三、本发明中第五镜片L5及第六镜片L6可胶合成一胶合透镜，由此可减化变焦镜头的组装步骤，达到容易组装的优点。
然而以上所公开的，仅为本发明的较佳实施例而已，自然不能以此限定本发明的权利保护范围，因此对本发明所做的同等变化或修饰，仍应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种变焦镜头，包括一前群组及一后群组，其特征在于，所述前群组包括第一镜片，其为弯月形负透镜；第二镜片，其为双凹负透镜；及第三镜片，其为正透镜；所述后群组包括第四镜片，其为正透镜；第五镜片，其为双凸透镜；第六镜片，其为弯月形负透镜；及第七镜片，其为弯月形负透镜，其中第四镜片及第七镜片为以塑料材质制成的非球状镜片，并且该变焦镜头符合下列条件条件(a)1.42＜d12/11＜1.73条件(b)1.20＜e13/d13＜1.36条件(c)1.2＜f2/fw＜1.3其中，d12为第六镜片与第七镜片的轴向距离；11为第六镜片的径向高度；e13为第七镜片的外缘厚度，d13为第七镜片的中心厚度；f2为后群组的焦距，fw为广视角时的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第五镜片及第六镜片胶合成一胶合透镜。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件(d)0.28＜(n10-n11)的绝对值＜0.31，其中，n10为第五镜片的折射率，n11为第六镜片的折射率。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8为第四镜片的折射率。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13为第七镜片的折射率。
6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件(g)56＜v8＜58，其中v8为第四镜片的阳贝值。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件(h)29＜v13＜57，其中v13为第七镜片的阿贝值。
8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头还符合下列条件1.49＜n8＜1.53，其中n8为第四镜片的折射率；1.52＜n13＜1.59，其中n13为第七镜片的折射率；56＜v8＜58，其中v8为第四镜片的阿贝值；及29＜v13＜57，其中v13为第七镜片的阿贝值。
全文摘要
一种变焦镜头具有高变焦比并且同时具有小型化体积，该变焦镜头包括有一前群组及一后群组的镜片，该前群组包括有；第一镜片，其为弯月形负透镜；第二镜片，其为双凹负透镜；及第三镜片，其为正透镜；该后群组包括有第四镜片，其为正透镜；第五镜片，其为双凸透镜；第六镜片，其为弯月形负透镜；及第七镜片，其为弯月形负透镜，其中第四镜片及第七镜片为以塑料材质制成的非球状镜片。本发明还提供满足尺寸小型化及维持图像质量的条件。
文档编号G02B9/64GK1928613SQ200510099900
公开日2007年3月14日 申请日期2005年9月9日 优先权日2005年9月9日
发明者庄福明 申请人:欣相光电股份有限公司