TW200841039A - Zoom lens - Google Patents

Description

200841039 PT872 23319twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種變焦 鏡頭。 【先前技術】 請參照圖1，美國專利編號US5552937之專利案揭露 的變焦鏡頭100包括一第一透鏡群110以及一第二透鏡群 120。第一透鏡群110由三片透鏡112、114、116所組成， 0 而第二透鏡群120由四片透鏡122、124、126、128所組成。 在變:ΐ^^ΊΓ〇0 中，為 了消^除像差(image aberration^T^^ (chromatic aberration)，第一透鏡群 110 與第二透鏡群 i2〇 皆使用一片以上的非球面透鏡(aspheric lens)。也就是說， 變焦鏡頭100使用較多的非球面透鏡來實現廣角的目的。 雖然非球面透鏡對矯正像差的效果很好，但使用過多 的非球面透鏡在量產時需有更嚴格的公差(tolerance)要 求，若在量產時沒有控制好公差，將會導致整體良率下降。 • 此外，由於非球面透鏡的成本較高，使用過多的非球面透 鏡也會導致變焦鏡頭1〇〇的成本提高。 請參照圖2，美國專利編號US6839183之專利案揭露 的變焦鏡頭200包括一第一透鏡群21〇、一第二透鏡群22〇 以及一第三透鏡群230。第一透鏡群21〇由三片透鏡212、 214、216所組成，第二透鏡群220由三片透鏡222、224、 226所組成，而第三透鏡群23〇由一片透鏡232所組成。 此外，變焦鏡頭200更包括一孔徑光欄(aperture s鄉)24〇， 5 200841039 PT872 23319twf.doc/n J㈣地配置在第一透鏡群210與第二透鏡群22〇之 240 ^焦鏡頭2〇0在變焦(職in/Z〇〇m _)時，孔徑光攔 移動，所以變焦鏡頭細的連動機構非常複雜。 不僅s造成變焦鏡頭2〇〇的體積變大 頭200的生產成本。 日刀欠焦鏡 【發明内容】 本發明之目的是提供一種變焦鏡頭 積的優點。 用，、小體 成本 本务明之另-目的是提供一種變焦鏡頭，以降低生產 f!中ίίΓ的ί他目的和優點可以從本發明露的技術特 徵中付到進一步的了解。 ，達上述之—或部份歧部目喊是其他目的，本發 :扣出二，焦鏡頭，包括一第一透鏡群以及一第二透鏡 丄透鏡群與第二透鏡群的屈光度(refractive p〇wer) :正。此夕卜，第一透鏡群是由從一物側㈣⑽―) #，(iinageside)依序排列的—第―透鏡、―第二透鏡 及-弟二魏顺成。第—透鏡 屈光度分別為負、t :〜去 ：負、正。弟二透鏡群配置於第一透鏡群 二、# θ。第二透鏡群是由從物側至像側依序排列的一 ^ 、—第五透鏡及—第六透鏡所組成。第四透鏡、 ΐ群G及第六透鏡的屈光度分別為正、負、正。第一透 見^ 一透鏡群適於在物側與像側之間移動。 本發明之-實施例中，上述之第—透鏡、第二透鏡 200841039 PT872 23319twf.doc/n 及弟二透鏡為球面透鏡。 ，在本發明之-實施射，上述之第四透鏡、第五 及第六透鏡至少其中之一為非球面透鏡。 鏡 在本發明之-實施例中，上述之第四透鏡為非球面透

、在本金明之-實施例中’上述之第四透鏡與第六透鏡 為雙凸透鏡(blconvex iens)。第五透鏡的阿貝數(八池^ number)大於22。第四透鏡與第六透鏡至少其中之一的阿 貝數大於80。 在本發明之-實施例中，上述之第五透鏡為凹面朝向 像側的平凹透鏡。 在本發明之一實施例中，上述之變焦鏡頭更句括一 徑光攔，固定於第一透鏡群與第二透鏡群之間。 在本發明之一實施例中，上述之變焦鏡頭的焦距(focal length)在一廣角端（wide-end)時，變焦鏡頭的f數值 (f-number)為 N1，有效焦距(effective focal length)為 ν2， 其中 Nl/N2>0.6。 在本發明之一實施例中，上述之變焦鏡頭的焦距為一 廣角端時，第一透鏡之面向物側的一表面至像側的距離為 D1，而第一透鏡的直徑為D2，且D2/D1C0.32。 在本發明之一實施例中，上述之第一透鏡是凸面朝向 物側的凸凹透鏡(convex-concave lens)，第二透鏡是雙凹透 鏡（biconcave lens)，第二透鏡是凸面朝向物側的凹凸 (concave-convex lens)透鏡，第四透鏡是雙凸透鏡，第五透 7 200841039 PT872 23319twf.doc/n 鏡疋凹面朝向像侧的平凹透鏡(plan〇_c〇ncave lens)，第六透 鏡疋雙凸透鏡。 本發明之變焦鏡頭藉由第一透鏡群與第二透鏡群的 屈光度為負、正的組合，並搭配較少的非球面透鏡即可有 效減低像差與色差，且達到廣角的目的。此外，本發明之 變焦鏡頭在變焦的過程中，孔徑光攔固定不動，所以連動 機構的設計上較為簡單。如此，變焦鏡頭的體積可以縮小， 且生產成本亦可有效降低。 【實施方式】 下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本 發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用 語，例^上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」 等，僅疋苓考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是 用來說明，而非用來限制本發明。 ，參照圖3，變焦鏡頭300包括一第一透鏡群31〇以 及一第二透鏡群320。第一透鏡群31〇與第二透鏡群32〇 的屈光度分別為負、正。第一透鏡群31〇是由從一物側至 =像側依序排列的一第一透鏡312、一第二透鏡314以及 一，，透鏡316所組成。第一透鏡312、第二透鏡314以 及第三透鏡316的屈光度分別為負、負、正。第二透鏡群 3^0 =置於第一透鏡群31〇與像側之間。第二透鏡群32〇 疋由從物側至像側依序排列的一第四透鏡、一第五透 鏡324及一第六透鏡326所組成。第四透鏡、第五透 鏡324及第六透鏡326的屈光度分別為正、負、正。第一 8 200841039 PT872 23319twf.doc/n 透鏡群310與第―透鏡君♦ 32〇適於在物側與像側之間移動。 …士述之變焦鏡頭300中，第一透鏡312、第二透鏡 及第一透鏡316例如為球面透鏡。第四透鏡322、第五透 鏡324及第六透鏡326至少其中之一是非球面透鏡，而本 實施例以第四透鏡322是非球面透鏡為例。此外，第五透 鏡324的阿貝數例如是大於22。第四透鏡322與第六透鏡 326至少其中之一的阿貝數例如是大於8〇。

在本實施例中，第一透鏡312例如是凸面(表面S1)朝 向物侧的凸凹透鏡，第二透鏡314是雙凹透鏡，而第三透 鏡316是凸面（表面S5)朝向物侧的凹凸透鏡。第四透鏡32之 是雙凸透鏡，第五透鏡324是凹面(表面S11)朝向像侧 凹透鏡，第六透鏡326是雙凸透鏡。此外，變焦鏡頭3〇〇 更包括一孔徑光攔330，固定於第一透鏡群31〇與第二 鏡群320之間。 /、 〜遂 當變焦鏡頭300的焦距從廣角端(wide_end)變成中間 位置(middle focal length region)或從中間位置變成望遠山 (td:end)時，第一透鏡群310與第二透鏡群32〇是二 相靠近的方向移動。反之，當變焦鏡頭3〇〇的焦距從中 位置變成廣角端或從望遠端變成中間位置時，第一透於曰, 310與第二透鏡群.320是朝向互相遠離的方向移動。 意的是，在變焦的過程中，孔徑光攔330是固定不動 當變焦鏡頭300的焦距為廣角端時，變焦鏡頭3⑽、 f數值(f-mmiber ;焦距孔徑比，焦距/孔經)為組，變焦= 效焦距為N2，第一透鏡312之面向物侧的表面S1 2像“ 9 200841039 PT872 23319twf.doc/n 的距離為D卜而第一透鏡312的直徑為M，且m/N2例 如是大於0.6，D2/D1例如是小於0.32。如此，可限制變隹 鏡頭·的厚度(在Y方向的總長)，進而縮小變焦鏡頭· 的體積。本實闕之難鏡頭勤可_五絲面透鏡加 上一片非球面透鏡的組合，並搭配第—透鏡群31〇血第二 透鏡群320屈光度分別為負與正，來減低像差與色^，且 可達到廣肖的目的。由於非球面透鏡的數量較少，所以可 節省非球面透鏡的成本，並提高生產良率。此外，由於變 焦的過程中，孔徑光欄330固定不動，所以變焦鏡頭3〇〇 的連動機構較為簡單’如此喊料低成本，還可使變焦 鏡頭300具有小體積的優點。 承^述’變焦鏡頭则具有廣角及大光圈(ape輪)的 特性。第-透鏡群310與第二透鏡群no冑具有調焦 (Reusing)的功能，在使用上較具彈性。此外，變焦鏡頭^ 還具有長景深(depth of細)的特性，當變焦鏡頭與物 體的距離改變時’即使不做調焦的動作，成像品質也相當 良好。另外，限制第五透鏡324的阿貝數大於22，第四透 鏡322與第六透鏡326至少其中之—的阿貝數大於8〇，可 有效消除色差。 以下内容將舉出變焦鏡頭3〇〇之一實施例，然而，下 文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何熟習此 項技術之人士在*照本發明之後，當可對其參數或設定作 適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇内。 200841039

PT872 23319twf.doc/n 表面 曲率半徑 (mm) 間距(mm) 折射率 阿貝數 備註 物側 無限大 1500 \ SI 15.76 L00 1.834 37.2 第一透鏡 S2 5.36 2.61 S3 -26.84 1.00 1.64 60.1 第二透鏡 S4 8.44 0.94 \ S5 9.52 1.72 1.847 23.8 第三透鏡 S6 37.66 可變間距 (dl) \ \ S7 無限大 可變間距 (d2) 孔徑光攔 S8 5.85091 2.18 1.847 23.8 第四透鏡 S9 -9.18081 0.41 \ S10 無限大 2.50 1.678 54.9 第五透鏡 Sll 4.94 0.38 \ S12 13.13 1.84 1.497 81.5 第六透鏡 S13 -7.16 可變間距 (d3) \ \ S14 無限大 0.952 1.544 70.1 低通渡波 片 S15 無限大 1.00 S16 無限大 0.80 L517 64.1 去紅外線 遽波片 11 200841039 PT872 23319twf.doc/n S17 無限大 1.16 像側 無限大 是指兩相鄰表面間之距離。舉例來說，表面=徑’間距 即表㈣至表面S2間之距離。備註攔中各透鏡之 每度、折射率與阿貝數請參_财各間距、折射^阿 貝數對應之數值。此外，表面S]l、S2是第—靜犯、的 兩表面，表面S3、S4是第二透鏡314的兩表面兄而表面 S5、S6疋第二透鏡316的兩表面。表面S7是孔徑光欄33〇 的表面。表面S8、S9是第四透鏡322的兩表面，表面sl〇、 SI 1疋弟五透鏡324的兩表面，而表面S12、§13是第 >透 鏡326的兩表面。表面S14、S15是一低通濾波片（1〇wpass mter)410的兩表面，表面S16、S17是一去紅外線濾波片 PR cut filter)420的兩表面。另外，當變焦鏡頭3〇〇用於取 像時’像側可設置一影像感測元件，如電荷编合元件 (charge coupled device, CCD)或 CMOS 影像感測元件。當 變焦鏡頭300用於投影時，像側可設置一光閥（light valve)，如數位微鏡元件(digital micro-mirror deivce)或單晶 石夕液晶顯示面板（liquid crystal on silicon panel，LCOS panel) o 承上述，表面S8、S9為非球面，而非球面的公式如 下：

X ^ +AH4 +BH6 +CH% +DH10 1 + ^\ + Κ)(ΗίΚ): 其中，X為光轴方向之偏移量°R是密切球面 12 200841039 PT872 23319twf.doc/n (osculating sphere)的半徑，也就是接近光軸處的曲率半徑 (如表格内S8、S9的曲率半徑）。K為圓錐常數(conic constant)。Η是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣 的高度，從公式中可得知，不同的Η會對應出不同的X值。 A、Β、C、D 為非球面係數(aSpheric coefficient)。表面 S8、 S9的非球面係數及κ值如表二所示： 〈表二〉 表 面 K A B C D S8 0 -0·勘677ΒΌ2 -0.916864E-04 0J2644E4H -0.151224Ε-Ό5 S9 0 0.718213Ε-Ό3 -0.691854E-04 0.437529E-05 0.88594ΒΌ6 〈表三〉 廣角端 中間位置 望遠端 有效焦距(mm) 2.78 4.92 7.25 f數值 1·9 2.3 3.1 視場角（度） 93.7 51.7 35 可變間距 (mm) dl 1.342 20.443 26.235 d2 25.893 6.792 L000 d3 8.502 3.125 15.145 在表三中分別列出變焦鏡頭300之焦距為廣角端、中 間位置及望遠端時的一些重要參數值，包括有效焦距 (effective focal length，EFL)、視場角（field of view，FOV)、f 數值及可變間距dl、d2、d3。 13 200841039 F18/2 23319twf.doc/n 由於本實施例之變焦鏡頭300的f數值可小至1.9，所 以具有光圈較大的優點。此外，變焦鏡頭300在廣角端的 視場角可達93·7度，所以具有廣角的優點。 圖4Α至圖4C中的縱向球差(i〇ngitudinai Spherical aberration)、畸變(distortion)、像散場曲（astigmatism field

curves)及橫向色差(later c〇i〇r)顯示變焦鏡頭3〇〇的焦距為 廣角端、中間位置及望遠端時皆有良好的成像品質。因此， 本實施例之變焦鏡頭300可在維持良好成像品質的前提 下，達到小體積及低成本的優點。 綜上所述，本發明實施例之變焦鏡頭具有下列之一或 部分或全部的優點： 1·本發明之變焦鏡頭使用較少的非球面透鏡，除了可 節省非球面透鏡的成本外，還可提高生產良率。 發明之魏鏡縣較低。 ^ 2.本發明之變焦鏡頭在變焦的過程中，孔徑光欄固定 不動，所以連動機構的設計上較為簡單。如此，不僅變隹 鏡頭的體積可以縮小，而且生產成本也可以降低。μ 雖,、、丨本务明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術賴巾具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之賴範圍當視後附之ψ請專職圍所界定者 為準。另外本發明的任—實關或巾料職財須達成 本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分 輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本 200841039 πδ/ζ z3319twf.doc/n 【圖式簡單說明】 圖1是習知-種變焦鏡頭的示意圖。 與望=:圖種變焦鏡頭的焦距為廣角端、中間位置 中間變焦鏡頭的焦距為廣角端、 圖4A至圖4C分別|闻。 _ 總巾+圖3之夂焦鏡頭的焦距為廣角 &、中間位置與望轉時的光學品f 【主要元件符號說明】 100、 200 、 300 : 變焦 110、 210 、 310 : 第一 112、 114 、 116 、 122 222 、224、226、 232 120、 * 220 - 320 ： 第二 230 ： 第三透鏡群 240、 ‘ 330 :孔徑光欄 312 弟一透鏡 314 第二透鏡 316 第三透鏡 322 第四透鏡 324 第五透鏡 326 第六透鏡 410 低通濾波片 420 去紅外線滤 波片 S1〜S17 :表面 L鏡蛘 15

Claims (1)

1. 200841039 Πδ/ζ z3319twf.doc/n 十、申請專利範圍： L一種變焦鏡頭，包括： 一第一透鏡群，具有負屈光度，該第一透鏡群是由從 二物側至一像侧依序排列的一第一透鏡、一第二透鏡及一 第二透鏡所組成，且該第―透鏡、該第二透鏡及該第三透 鏡的屈光度分別為負、負、正；以及 第-透鏡群’配置於該第—透鏡群與該像侧之間，

   ΐι:有正屈光度’該第二透鏡群是由從該物侧至該像侧依 的-第四透鏡、-第五透鏡及—第六透鏡所組成， ^亥^四魏、該第五透鏡及該第六透鏡的料度 正、負、正， 該像::間透鏡群與該第二透鏡群適於在該物側與 2·如申請專職㈣丨項所述之變錄頭， 一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡為球面透鏡。人 四透ί如申”圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第 透鏡Γ $五透鏡及該第六透鏡至少射之-為非球面 斗.如甲請專利範圍第3項所述之變隹镑瓸. 四透鏡為非球面透鏡。 k之鏡碩，其中該第 四透圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第 於1 為雙凸透鏡，該第五透鏡的阿貝數大 =且料四錢與鮮六透鏡至少其中之 16 200841039 x xu319twf.doc/n 其中該第 、&如㈣專利翻第以所述之變焦鏡 五透鏡為凹面朝向該像側的平凹透鏡。 、 7. 如申請專利範圍第丨項所述之變焦 孔徑光攔’固定於該第—透鏡群與該第二透^，更包括— 8. 如申請專利範圍第1項所述之靜鏡=鮮之間。 鏡頭的焦距為-廣角端時，該鏡頭的f數值=變焦 效焦距為N2，其中N1/N2>〇 6。 為N1，有 鏡頭的焦距:ί】’:::：核當該變焦 表面至該像側的距離為m ’而該第一兄直:::的-且 D2/D1<(X32。 ^且仏马 D2， Θ _明專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中节塗 2 =面=該物侧的凸凹透鏡，該第二透鏡是= ί β ΐ 鏡是凸面朝向該物側的凹凸透鏡， r鏡;鏡’該第五透鏡是凹面朝向該像側的平凹： 鏡，5亥弟/、透鏡是雙凸透鏡。 透 17