TWI490587B - 光學變焦鏡頭 - Google Patents

Description

光學變焦鏡頭

本發明係有關一種光學變焦鏡頭，特別是有關於一種高廣角度、高變焦倍率、體積小且成像品質佳的光學變焦鏡頭。

習知之影像擷取裝置，例如數位相機或數位攝影機，多是藉由結合鏡頭模組和影像感測器來使待攝物的影像成像，主要是利用鏡頭模組讓來自待攝物的光束產生折射，使待攝物的影像聚集在影像感測器上，經由影像感測器將類比的光訊號轉換為數位電子訊號，其後再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複數透鏡(Lens)或稜鏡(Prism)所組成，為了減少鏡片的成本及整體的重量，以提高市場的競爭優勢，通常在光學設計上會盡可能地利用塑膠透鏡來取代玻璃透鏡。然而，由於塑膠材料本身存在容易吸收水氣及光吸收率高的缺點，在使用塑膠透鏡降低成本的同時，可能無法兼顧鏡頭模組的輕薄化及高倍率的成像品質。

有鑑於此，亟需提出一種新的光學變焦鏡頭，在降低製造成本的前提下，同時實現光學變焦鏡頭輕薄化、提高廣角度及高變焦倍率之成像品質的目的。

本發明實施例的目的之一在於提出一種光學變焦鏡頭，在降低製造成本的前提下，同時實現輕薄化、高廣角 度及高變焦倍率之成像品質的光學變焦鏡頭。

根據上述目的，本發明實施例提供一種光學變焦鏡頭，自物側至像側主要包含：一具有負屈光度的第一透鏡群、一具有正屈光度的第二透鏡群，及一具有正屈光度的第三透鏡群。該光學變焦鏡頭滿足以下條件：DG1/fw>0.72、DG2/fw<0.72及TTL/fw<7.0，其中，fw係該光學變焦鏡頭於廣角端之焦距，DG1係該第一透鏡群之厚度，DG2係該第二透鏡群之厚度，且TTL係自該第一透鏡群之物側至一成像面的距離。

藉此，本發明的光學變焦鏡頭，能在降低成本、輕薄化的條件下，產生出比習知光學變焦鏡頭更優質的影像品質。

以下將詳述本案的實施例，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。

第一A圖與第一B圖分別顯示本發明較佳實施例之光學變焦鏡頭在廣角端(Wide)及望遠端(Tele)之各透鏡的位置。為顯現本實施例之特徵，僅顯示與本實施例有關之結構，其餘結構均予以省略。本實施例所例示之光學變焦鏡頭，可應用於具有攝像功能之一裝置上，如數位相機、數位攝影機或照相手機。

如第一A圖及第一B圖所示，在本實施例，光學變焦鏡頭ZL主要包含三透鏡群，自物側(object side)至像側(image-forming side)依序為第一透鏡群G1、第二透鏡群G2及第三透鏡群G3。其中，第一透鏡群G1具有負屈光度，第二透鏡群G2具有正屈光度，第三透鏡群G3具有正屈光度。

為實現輕薄化、提高廣角度及高變焦倍率之成像品質的需求，光學變焦鏡頭ZL滿足以下條件：(1)DG1/fw>0.72

(2)DG2/fw<0.72及(3)TTL/fw<7.0

其中，fw係光學變焦鏡頭ZL於廣角端之焦距，DG1係第一透鏡群G1自物側至像側之厚度，DG2係第二透鏡群G2自物側至像側之厚度，而TTL係自第一透鏡群G1之物側至成像面的距離。

於本發明之較佳實施例中，DG1=3.62mm、DG2=3.5mm、fw=4.99mm，且於此前提下，望遠端之焦距為24.01mm。

再者，於本發明之較佳實施例中，光學變焦鏡頭ZL 還滿足以下條件：(4)Wide Fno<2.8

其中，Wide Fno係光學變焦鏡頭ZL於廣角端之光圈係數。

此外，於本發明之較佳實施例中，光學變焦鏡頭ZL亦滿足以下條件：(5)Tele Fno<7.0

其中，Tele Fno係光學變焦鏡頭ZL於望遠端之光圈係數。

再如第一A圖及第一B圖所示，光學變焦鏡頭ZL更包含光軸OA、孔徑光闌AS、濾光片F及成像面I。孔徑光闌AS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之光束進入第二透鏡群G2的光通量，並讓通過孔徑光闌AS後的光束更加對稱，其中孔徑光闌AS之孔徑大小可為定值；濾光片F設置於第三透鏡群G3及成像面I之間，用以於光束在成像面I成像之前，濾除不可見光，其中濾光片F可以是一紅外濾光片。此外，成像面I上可採用具有光電轉換功能之影像擷取單元，以接收穿過濾光片F的光束，且在成像面I與濾光片F之間更可增加平板玻璃C，以作為影像擷取單元的保護玻璃(Cover Glass)。

具體而言，當光學變焦鏡頭ZL於由廣角端及望遠端之間作變焦動作時，光學變焦鏡頭ZL中的第一透鏡群G1、第二透鏡群G2及第三群透鏡G3會沿著光軸OA彼此相對移動，以調整光學變焦鏡頭ZL的焦距，進而改變 倍率並修正像差。

同時參考第一A圖及第一B圖，光學變焦鏡頭ZL中至少包含二塑膠透鏡，且第一透鏡群G1、第二透鏡群G2及第三群透鏡G3中各包含至少一非球面透鏡。其中塑膠透鏡可以是樹脂或高分子聚合物等材料所製成，特別是由包含聚碳酸脂(polycarbonate)、環烯烴共聚物(例如APEL)，以及聚酯樹脂(例如OKP4或OKP4HT)之材料所製成；而非球面透鏡則具有至少一非球面表面，且該非球面表面可滿足下列數學式：

其中Z為在光軸OA方向的座標值且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，R為曲率半徑，Y為正交於光軸方向的座標值且以上方為正方向，且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，以決定該非球面透鏡的焦距，並符合該些條件關係式。

實作上，第一透鏡群G1自物側至像側包含第一透鏡L1及第二透鏡L2，第一透鏡L1具有負屈光度，第二透鏡L2具有正屈光度；第二透鏡群G2自物側至像側包含第三透鏡L3、第四透鏡L4及第五透鏡L5，第三透鏡L3具有正屈光度，第四透鏡L4具有正屈光度，第五透鏡L5具有負屈光度；而第三群透鏡G3包含具有正屈光度之第六透鏡L6。

需特別注意的是，第一透鏡L1、第四透鏡L4及第五 透鏡L5均是兩表面為球面之硝材透鏡。除此之外，第二透鏡L2係兩面均為非球面之一塑膠透鏡，第三透鏡L3係兩面均為非球面之一硝材透鏡，第六透鏡L6係兩面均為非球面之一塑膠透鏡，而第四透鏡L4及第五透鏡L5則膠合成一膠合透鏡，但不用以限定本發明。其中硝材透鏡係可以是以光學玻璃材料所製成，而球面之硝材透鏡可以是經由研磨拋光而成、非球面之硝材透鏡可以是經由玻璃模造製程(Glass Molding Process，GMP)而來，且塑膠透鏡可以是以塑膠射出成型。

具體而言，於本發明之較佳實施例中，第二透鏡L2還滿足以下條件：(7)nd2>1.6且vd2<50

其中，nd2係第二透鏡L2之折射率，vd2係第二透鏡L2之阿貝數(色散係數)。

此外，於本發明之較佳實施例中，第六透鏡L6還滿足以下條件：(8)nd6<1.6且vd6>50

其中，nd6係第六透鏡L6之折射率，vd6係第六透鏡L6之阿貝數。

表一列出根據本發明較佳實施例之光學變焦鏡頭的詳細資料，包含各透鏡表面代號的曲率半徑、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L1面向物側的表面，「S2」代表第一透鏡L1面向像側的表面，「S3」代表第二透鏡L2面向物側的表面，之後以此類推，且濾光片F之物側及 像側表面分別是「S13」及「S14」，而平板玻璃C之物側及像側表面分別是「S15」及「S16」。

另外，「D1」表示第一透鏡群G1之像側與第二透鏡群G2之物側之間的距離、「D2」表示第二透鏡群G2之像側與第三透鏡群G3之物側之間的距離、「D3」表示第三透鏡群G3之像側與濾光片F之物側之間的距離，其中「D1」、「D2」及「D3」依廣角端與望遠端而有所不同，如表二所 示。

再者，第二透鏡L2、第三透鏡L3及第六透鏡L6之兩表面均為非球面，亦即表一中之表面代號為「S3」、「S4」、「S6」、「S7」、「S11」及「S12」者，其非球面數學式(6)中的K、A4、A6、A8、A10及A12等各項係數如表三所示。

第二A圖至第二B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭在廣角端與望遠端的場曲(field curvature)之藍光、綠光及紅光的特性曲線圖。其中，曲線T、S分別顯示光學變焦鏡頭對於正切光束(tangential rays)與弧 矢光束(sagittal rays)的像差。圖中顯示於廣角端，正切場曲值與弧矢場曲值均控制在(-0.03mm,0.12mm)範圍內；於望遠端，則均控制在(0.07mm,0.44mm)範圍內。

第三A圖與第三B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭在廣角端與望遠端的畸變(distortion)之藍光、綠光及紅光的特性曲線圖。圖中顯示於廣角端，畸變率控制在(-16%,0%)範圍內；於望遠端，畸變率控制在(-0.16%,0.17%)範圍內。

第四A圖與第四B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭分別在廣角端與望遠端的長波長與短波長相對於參考波長之橫向色差特性曲線圖。圖中顯示於廣角端，長波長與短波長的色差控制在(0.000mm,0.007mm)範圍內；於望遠端，長波長與短波長的色差控制在(-0.00005mm,0.004mm)範圍內。

第五A圖與第五B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭分別在廣角端與望遠端之調變轉換函數(Modulation Transfer Function，MTF)特性曲線圖。

由第二A圖至第五B圖可看出，本發明實施例的光學變焦鏡頭在廣角端與望遠端的場曲、畸變、橫向色差及調變轉換函數均能獲得良好校正。並且，與習知之光學變焦鏡頭相比，本發明除了可提昇至5.5倍光學變焦的效能之外，因同時採用了兩顆塑膠透鏡，光學變焦鏡頭ZL之整體重量更大幅降低。此外，光學變焦鏡頭ZL採用孔徑大小固定之孔徑光闌AS，無須再使用光圈葉片，且因光學變焦鏡頭ZL之整體收納長度已小於15mm，無須再額外搭配收納機構以收納透鏡群，還可大幅節省元件成本與組裝工時。因此，利用本發明實施例的光學變焦鏡頭，能在降低成本、小型化的條件下，產生更高光學變焦倍率之銳利影像。

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‧‧‧光學變焦鏡頭

G1‧‧‧第一透鏡群

G2‧‧‧第二透鏡群

G3‧‧‧第三透鏡群

OA‧‧‧光軸

AS‧‧‧孔徑光闌

F‧‧‧濾光片

I‧‧‧成像面

C‧‧‧平板玻璃

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

L5‧‧‧第五透鏡

L6‧‧‧第六透鏡

第一A圖與第一B圖分別顯示本發明較佳實施例之光學變焦鏡頭在廣角端及望遠端之各透鏡的位置。

第二A圖與第二B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭在廣角端與望遠端之藍光、綠光及紅光的場曲特性曲線圖。

第三A圖與第三B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭在廣角端與望遠端之藍光、綠光及紅光的畸變特性曲線圖。

第四A圖與第四B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭分別在廣角端與望遠端的長波長與短波長相對於參考波長之橫向色差特性曲線圖。

第五A圖與第五B圖分別顯示本發明一實施例之光學變焦鏡頭分別在廣角端與望遠端之調變轉換函數特性曲線圖。

ZL‧‧‧光學變焦鏡頭

G1‧‧‧第一透鏡群

G2‧‧‧第二透鏡群

G3‧‧‧第三透鏡群

OA‧‧‧光軸

AS‧‧‧孔徑光闌

F‧‧‧濾光片

I‧‧‧成像面

C‧‧‧平板玻璃

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

L5‧‧‧第五透鏡

L6‧‧‧第六透鏡

Claims (17)

1. 一種光學變焦鏡頭，自物側至像側依序包含：一具有負屈光度的第一透鏡群、一具有正屈光度的第二透鏡群，及一具有正屈光度的第三透鏡群，該光學變焦鏡頭滿足以下條件：DG1/fw>0.72及DG2/fw<0.72；其中，fw係該光學變焦鏡頭於廣角端之焦距，DG1係該第一透鏡群之厚度，DG2係該第二透鏡群之厚度；及其中，該第一透鏡群包括一第一透鏡及一第二透鏡，該第一透鏡具有折射率nd1，該第二透鏡具有折射率nd2，且nd1<1.8以及nd2<1.7。
2. 一種光學變焦鏡頭，具有三透鏡群，該等透鏡群之屈光度自物側至像側依序是負、正及正，該光學變焦鏡頭包含：該第一透鏡群包括一第一透鏡及一第二透鏡，該第一透鏡具有折射率nd1及阿貝數vd1，該第二透鏡具有折射率nd2及阿貝數vd2，該第一透鏡係一球面透鏡，該第二透鏡係一非球面透鏡，且該第一透鏡及該第二透鏡分別滿足以下條件：nd1<1.8及vd1>50；以及nd2<1.7及vd2<50。
3. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該第一透鏡具有焦距ef11，該第二透鏡具有焦距ef12， 且ef11<-9以及ef12>29。
4. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該光學變焦鏡頭更包含一孔徑大小為定值之孔徑光闌。
5. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該光學變焦鏡頭還滿足以下條件：Wide Fno<2.8，其中，Wide Fno係該光學變焦鏡頭於廣角端之光圈係數。
6. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該光學變焦鏡頭還滿足以下條件：Tele Fno<7.0，其中，Tele Fno係該光學變焦鏡頭於望遠端之光圈係數。
7. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該光學變焦鏡頭更包含複數塑膠透鏡，且該第一透鏡群、該第二透鏡群及該第三透鏡群各包含至少一非球面透鏡。
8. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該第一透鏡具有負屈光度，該第二透鏡具有正屈光度。
9. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該第一透鏡係一球面硝材透鏡，該第二透鏡係一非球面塑膠透鏡。
10. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該第二透鏡群包含一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡，該第三透鏡具有正屈光度，該第四透鏡具有正屈光度，該第五透鏡具有負屈光度。
11. 如申請專利範圍第10項的光學變焦鏡頭，其中該第三透鏡係一非球面透鏡，該第四透鏡係一球面透鏡，且該第五透鏡係一球面透鏡。
12. 如申請專利範圍第10項的光學變焦鏡頭，其中該第三透鏡、該第四透鏡及該第五透鏡係一硝材透鏡，且該第四透鏡及該第五透鏡膠合成一膠合透鏡。
13. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該第三透鏡群包含具有正屈光度之一第六透鏡。
14. 如申請專利範圍第13項的光學變焦鏡頭，其中該第六透鏡係一非球面透鏡。
15. 如申請專利範圍第13項的光學變焦鏡頭，其中該第六透鏡係一塑膠透鏡。
16. 如申請專利範圍第13項的光學變焦鏡頭，其中該第六透鏡具有折射率nd6及阿貝數vd6，且滿足以下條件：nd6<1.6及vd6>50。
17. 如申請專利範圍第1或2項的光學變焦鏡頭，其中該光學變焦鏡頭更包含一孔徑光闌及一濾光片，該孔徑光闌設置於該第一透鏡群及該第二透鏡群之間，該濾光片設置於該第三透鏡群及該光學變焦鏡頭之一成像面之間。