变焦镜头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种变焦镜头，包括从物侧往像侧依序排列的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群，其屈光度依序为正、负、正、正。第一透镜群包括第一透镜以及第二透镜；第二透镜群包括第三透镜、第四透镜以及第五透镜；第三透镜群包括第六透镜；第四透镜群包括第七透镜、第八透镜以及第九透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜从物侧往像侧依序排列，且其屈光度依序为负、正、负、负、正、正、正、负、正。
【专利说明】变焦镜头
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种镜头，且特别是有关于一种变焦镜头。
【背景技术】
[0002] 随着光电技术的进步，图像感测装置（例如投影机、数码摄影机OigitalVideo Camera，简称DVC)、数码相机等）已普遍地应用于日常生活领域或各种产业领域中，以取 代原本人眼或人工所能作的事情。在图像感测装置中，除了图像感测器（如电荷耦合元件 (chargecoupleddevice,简称CCD)或互补式金氧半导体感测兀件（complementarymetal oxidesemiconductorsensor,简称CMOSsensor)等）的品质会对所检测到的图像品质产 生决定性的影响之外，光学镜头的品质也是关键所在。因此，如何适当地设计镜头以达到良 好的图像品质，一直是镜头设计者所关注的。
[0003] 为了达到广角、高变焦倍率、低畸变及提高图像品质的效果，传统上的变焦镜头大 多采用多群作动的方式来进行变焦操作。然而，采用多群作动的变焦镜头需使用多个光学 元件与机构件。若变焦镜头内含的构件过多，使得变焦镜头的光学长度无法缩短，价格也无 法降低。另一方面，若减少变焦镜头内含的机构件数量，则会使光学设计的自由度会变小， 相对的光学设计难度也会变高。因此如何兼顾变焦镜头的图像品质及降低生产成本的考 量，已成为相关领域技术发展的重要课题之一。
[0004] 美国专利第8159758号、第8254036号、第7933073号、第8305693号、第 5710669号、第6989940号、第7440194号、第5325236号及第5864435号以及美国公开第 20120268831号皆提出了变焦镜头。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种变焦镜头，具有小体积、大光圈、高倍率、广角、低畸变、良好成像 品质、制作容易与低成本的优点。
[0006] 本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0007] 为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种变焦 镜头包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群以及第四透镜群。第一透镜群具有正屈光 度，并包括从物侧往像侧依序排列的第一透镜以及第二透镜，且第一透镜以及第二透镜的 屈光度分别为负、正。第二透镜群具有负屈光度，并配置于第一透镜群与像侧之间。第二透 镜群包括从物侧往像侧依序排列的第三透镜、第四透镜以及第五透镜，且第三透镜、第四透 镜及第五透镜的屈光度依序为负、负、正。第三透镜群具有正屈光度，并配置于第二透镜群 与像侧之间。第三透镜群包括第六透镜，且第六透镜的屈光度为正。第四透镜群具有正屈光 度，并配置于第三透镜群与像侧之间。第四透镜群包括从物侧往像侧依序排列的第七透镜、 第八透镜以及第九透镜，第七透镜、第八透镜以及第九透镜的屈光度依序为正、负、正，且第 七透镜、第八透镜以及第九透镜的至少其中之一为非球面透镜。
[0008] 在本发明的一实施例中，上述的第三透镜群还包括孔径光阑，配置于第二透镜群 与第六透镜之间，且孔径光阑的孔径大小不变。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述的第一透镜群与第三透镜群在变焦镜头中的位置维 持固定，第二透镜群适于相对第一透镜群与第三透镜群移动，以使变焦镜头在广角端与望 远端之间变焦，且第四透镜群适于相对第一透镜群与第三透镜群移动以进行对焦。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的变焦镜头符合H/fw> 0. 7,fw为变焦镜头切换至 广角端时的有效焦距（effectivefocallength,简称EFL)，H为半像高。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述的变焦镜头符合Ifw/f2I〈0.6,其中fw为变焦镜头 切换至广角端时的有效焦距，f2为第二透镜群的有效焦距。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的变焦镜头符合Ifw/f4I〈0. 5,其中fw为变焦镜头 切换至广角端时的有效焦距，f4为第四透镜群的有效焦距。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的第三透镜、第四透镜、第五透镜至少其一为非球面 透镜。
[0014] 在本发明的一实施例中，上述的变焦镜头符合I. 2〈|fnT/fnW|兰2. 5,其中fnT为 变焦镜头切换至望远端时的光圈数（F-number)，fnW为变焦镜头切换至广角端时的光圈 数。
[0015] 在本发明的一实施例中，上述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透 镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜分别为凸面朝向物侧的凸凹透镜、凹面朝 向像侧的凹凸透镜、凸面朝向物侧的凸凹透镜、双凹透镜、双凸透镜、凹面朝向像侧的凹凸 透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜。
[0016] 在本发明的一实施例中，上述的第一透镜以及第二透镜形成双胶合透镜。
[0017] 在本发明的一实施例中，上述的第四透镜以及第七透镜为非球面透镜。
[0018] 基于上述，本发明的实施例的变焦镜头搭配屈光度依序为正、负、正、正的第一透 镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群，且通过第四透镜群中具有至少一非球面透镜 的设计，来减低像差。因此，本发明的实施例的变焦镜头具有良好的光学成像品质。
[0019] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详 细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图IA至图IB分别是本发明一实施例的一种变焦镜头100的焦距为广角端与望远 端的不意图；
[0021] 图2A至图2J是图IA的变焦镜头于广角端时的光学模拟数据图；
[0022] 图3A至图3J是图IB的变焦镜头于望远端时的光学模拟数据图；
[0023] 图4A至图4B分别是本发明另一实施例的一种变焦镜头100的焦距为广角端与望 远端的不意图。
[0024] 附图标记说明：
[0025] 100、400:变焦镜头；
[0026] 110、410:第一透镜群；
[0027] 111 :第一透镜；
[0028] 112:第二透镜；
[0029] 120:第二透镜群；
[0030] 121 :第三透镜；
[0031] 122:第四透镜；
[0032] 123:第五透镜；
[0033] 130:第三透镜群；
[0034] 131:第六透镜；
[0035] 140:第四透镜群；
[0036] 141:第七透镜；
[0037] 142:第八透镜；
[0038] 143:第九透镜；
[0039] 150:孔径光阑；
[0040] 160:红外线截止滤镜；
[0041] 170:图像感测元件；
[0042]SI:成像面；
[0043]0:光轴；
[0044]S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S108、S109、S110、Sill、S112、S113、 S114、S115、S116、S117、S118、S119、S120、S401、S402、S403、S404、S405、S406、S407、S408、 S409、S410、S411、S412、S413、S414、S415、S416、S417、S418、S419、S420、S421:表面；
[0045]dl、d2、d3、d4 :间距。
【具体实施方式】
[0046] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳 实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、 右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发 明。
[0047] 图IA至图IB分别是本发明一实施例的一种变焦镜头100的焦距为广角端与望远 端的示意图。请参照图IA至图1B，在本实施例中，变焦镜头100包括第一透镜群110、第二 透镜群120、第三透镜群130以及第四透镜群140。第一透镜群110具有正屈光度，并包括 从物侧往像侧依序排列的第一透镜111以及第二透镜112,且第一透镜111以及第二透镜 112的屈光度分别为负、正。第二透镜群120具有负屈光度，并配置于第一透镜群110与像 侧之间。第二透镜群120包括从物侧往像侧依序排列的第三透镜121、第四透镜122以及第 五透镜123,且第三透镜121、第四透镜122及第五透镜123的屈光度依序为负、负、正。第 三透镜群130具有正屈光度，并配置于第二透镜群120与像侧之间。第三透镜群130包括 第六透镜131，且第六透镜131的屈光度为正。第四透镜群140具有正屈光度，并配置于第 三透镜群130与像侧之间。第四透镜群140包括从物侧往像侧依序排列的第七透镜141、第 八透镜142以及第九透镜143,第七透镜141、第八透镜142以及第九透镜143的屈光度依 序为正、负、正。
[0048] 具体而言，在本实施例中，第一透镜群110与第三透镜群130在变焦镜头100中的 位置维持固定，第二透镜群120适于相对第一透镜群110与第三透镜群130移动，以使变焦 镜头100在广角端与望远端之间变焦，且第四透镜群140适于相对第一透镜群110与第三 透镜群130移动以进行对焦。
[0049] 更详细而言，如图IA及图IB所示，当第二透镜群120与第四透镜群140朝接近彼 此的方向移动时，变焦镜头100由广角端往望远端切换，此时变焦镜头100的可变间距d2、 d3会变小，可变间距dl、d4会变大，而变焦镜头100的焦距将可从广角端（如图IA所示） 变成望远端（如图IB所示）。反之，当第二透镜群120与第四透镜群140朝远离彼此的方 向移动时，变焦镜头100由望远端往广角端切换，此时变焦镜头100的可变间距d2、d3会变 大，可变间距dl、d4会变小，而变焦镜头100的焦距也会从望远端（如图IB所示）变成广 角端（如图IA所示）。更具体而言，在本实施例中，变焦镜头100符合Ifw/f2I〈0.6,其中 fw为变焦镜头100切换至广角端时的有效焦距（effectivefocallength，简称EFL)，f2 为第二透镜群120的有效焦距。此外，在本实施例中，变焦镜头100也符合IfV/f4I〈0. 5,其 中f4为第四透镜群140的有效焦距。
[0050] 另一方面，在本实施例中，第三透镜群130还包括孔径光阑150,配置于第二透镜 群120与第六透镜131之间。更详细而言，孔径光阑150(ApertUrestop)即位于第六透镜 131面向第二透镜群120的表面SllO上。换言之，在变焦镜头100变焦的过程中，孔径光阑 150-直是固定不动的。
[0051] 此外，在本实施例中，孔径光阑150的孔径大小不变。在本实施例中，当变焦镜头 100在广角端与望远端之间变焦时，光圈数（即为变焦镜头100的有效焦距与光圈直径的比 值，F-number)的变化不大，这是本实施例之变焦镜头100可以采用具有固定孔径的孔径光 阑150的原因，而可以不采用可变光圈（iris)，如此可通过减少变焦镜头100的机构件及驱 动马达，以缩小变焦镜头100的体积、降低变焦镜头100的组装困难度且降低变焦镜头100 的制作成本。更具体而言，在本实施例中，上述的变焦镜头100符合I. 2〈IfnT/fnWI= 2. 5， 其中fnT为变焦镜头100切换至望远端时的光圈数，fnW为变焦镜头100切换至广角端时 的光圈数。
[0052] 以下则将针对变焦镜头100的各透镜结构及材质进行进一步地说明。
[0053] 在上述的变焦镜头100中，第一透镜群110的第一透镜111与第二透镜112以及第 三透镜群130的第六透镜131例如各为一球面透镜。而第二透镜群120的第三透镜121、第 四透镜122、第五透镜123至少其中之一是非球面透镜，且第四透镜群140的第七透镜141、 第八透镜142以及第九透镜143的至少其中之一为非球面透镜。在本实施例中，第四透镜 122以及第七透镜141为非球面透镜，而第三透镜121、第五透镜123、第八透镜142以及第 九透镜143各为一球面透镜，但本发明不以此为限。
[0054] 更具体而言，在本实施例中，第一透镜111、第二透镜112、第三透镜121、第四透镜 122、第五透镜123、第六透镜131、第七透镜141、第八透镜142以及第九透镜143分别为凸 面朝向物侧的凸凹透镜、凹面朝向像侧的凹凸透镜、凸面朝向物侧的凸凹透镜、双凹透镜、 双凸透镜、凹面朝向像侧的凹凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜。此外，如图IA所示， 在本实施例中，第一透镜群110的第一透镜111以及第二透镜112形成双胶合透镜。
[0055] 在本实施例中，第一透镜111至第九透镜143的材质例如是玻璃或塑胶。然而，由 于一般透镜会对不同波长产生色散作用，因此蓝光与红光无法聚焦于相同距离的平面上， 进而会造成色差现象。为了克服上述色差问题，在本实施例中，第九透镜143的阿贝数例如 可大于80,但本发明不以此为限。换言之，在本实施例中，第九透镜143所使用的材质例如 是低色散镜片的材质。如此，变焦镜头100也可具有良好的色差矫正效果，而具有较佳的成 像品质。
[0056] 此外，在本实施例中，变焦镜头100用于成像时，像侧可设置红外线截止滤镜（IR CutFilter) 160以及图像感测元件170,其中表面S120即为图像感测元件170的成像表面 SI。此外，在本实施例中，图像感测元件170例如为电荷稱合元件（chargecoupleddevice, 简称CCD)或互补式金属氧化物半导体（complementarymetaloxidesemiconductor,简 称CMOS)图像感测元件。再者，一般熟知此领域的技艺者可知，于图像感测元件170的表面 S120上可设置保护盖（未显示），可为玻璃材质，以保护图像感测元件170的损害以及灰尘 的影响。
[0057] 具体而言，在本实施例中，变焦镜头100符合0. 7〈H/fW，fw为变焦镜头100切换至 广角端时的有效焦距，H为半像高。在本实施例中，半像高定义为位于物侧的图像感测元件 170在其成像表面SI上所形成的图像画面中距离变焦镜头100的光轴0最远的点至光轴0 的距离，而此距离是指在与光轴0垂直的方向上的距离。而在本实施例中，由于图像感测元 件170的光轴0与变焦镜头100的光轴0重合时，因此半像高即为成像表面SI上所形成的 图像画面的对角线长的一半。
[0058] 更详细而言，由于本实施例的变焦镜头100符合H/fV> 0. 7,将可使变焦镜头100 得以在成像品质维持良好的情况下达到较广的视场角（fieldofview,简称F0V)，其中此 处变焦镜头1〇〇的视场角2 ?，是指可入射或出射于第一透镜111的最边缘的光线与光轴0 的夹角的两倍。进一步而言，若变焦镜头100被设计为符合H/fV〈0. 7的话，变焦镜头100 将会得到较小的视场角，例如小于70°的视场角。因此，本实施例的变焦镜头100符合H/ fw> 0. 7将可使变焦镜头100具有较大的视场角。
[0059] 以下内容将举出变焦镜头100的一实施例，然而，下文中所列举的数据资料并非 用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设 定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。
[0060]〈表一〉
[0061]
【权利要求】
1. 一种变焦镜头，其特征在于，包括： 第一透镜群，具有正屈光度，该第一透镜群包括从物侧往像侧依序排列的第一透镜W 及第二透镜，且该第一透镜W及该第二透镜的屈光度分别为负、正； 第二透镜群，具有负屈光度，并配置于该第一透镜群与该像侧之间，该第二透镜群包括 从该物侧往该像侧依序排列的第H透镜、第四透镜W及第五透镜，且该第H透镜、该第四透 镜及该第五透镜的屈光度依序为负、负、正； 第H透镜群，具有正屈光度，并配置于该第二透镜群与该像侧之间，该第H透镜群包括 第六透镜，且该第六透镜的屈光度为正；W及 第四透镜群，具有正屈光度，并配置于该第H透镜群与该像侧之间，该第四透镜群包括 从该物侧往该像侧依序排列的第走透镜、第八透镜W及第九透镜，该第走透镜、该第八透镜 W及该第九透镜的屈光度依序为正、负、正，且该第走透镜、该第八透镜W及该第九透镜的 至少其中之一为非球面透镜。
2. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第H透镜群还包括孔径光阔，配置 于该第二透镜群与该第六透镜之间，且该孔径光阔的孔径大小不变。
3. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜群与该第H透镜群在该 变焦镜头中的位置维持固定，该第二透镜群适于相对该第一透镜群与该第H透镜群移动， W使该变焦镜头在广角端与望远端之间变焦，且该第四透镜群适于相对该第一透镜群与该 第H透镜群移动W进行对焦。
4. 根据权利要求3所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头符合0. 7<H/f，，为该变 焦镜头切换至该广角端时的有效焦距，H为半像高。
5. 根据权利要求3所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头符合下列条件之一或全 部：（1) I fyf2 I <0. 6,其中为该变焦镜头切换至该广角端时的有效焦距，f2为该第二透镜 群的有效焦距；（2) I fyf4 I <0. 5,其中为该变焦镜头切换至该广角端时的有效焦距，f4为 该第四透镜群的有效焦距。
6. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第H透镜、该第四透镜、该第五透 镜至少其一为非球面透镜。
7. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头符合1.2<|化t/ fn"| ^ 2.5,其中化I为该变焦镜头切换至望远端时的光圈数，fn"为该变焦镜头切换至广角 端时的光圈数。
8. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜、该第H透 镜、该第四透镜、该第五透镜、该第六透镜、该第走透镜、该第八透镜W及该第九透镜分别为 凸面朝向该物侧的凸凹透镜、凹面朝向该像侧的凹凸透镜、凸面朝向该物侧的凸凹透镜、双 凹透镜、双凸透镜、凹面朝向该像侧的凹凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜。
9. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜W及该第二透镜形成双 胶合透镜。
10. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜W及该第走透镜为非球 面透镜。
【文档编号】G02B15/173GK104345435SQ201410190685
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】蔡源龙, 曾建雄, 周昱宏 申请人:扬明光学股份有限公司