專利名稱：變焦鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭，應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)z影裝置，譬如數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等等，特別涉及一種機(jī)構(gòu)尺寸更緊湊，且可符合高畫質(zhì)、高分辨率、高廣角的變焦鏡頭，并且變焦鏡頭具有高相對照度(Relative illumination；RI)、以低光線進(jìn)光角的特性，特別適合數(shù)字取像組件，如CCD。
背景技術(shù)：
近年來，變焦鏡頭的研制、生產(chǎn)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不但在技術(shù)性能方面有所提高，也方便了消費(fèi)者使用，各家廠商更致力于要求數(shù)字?jǐn)z影裝置的鏡頭生產(chǎn)成本降低、鏡頭長度減小，來提高市場競爭力，尤其可配合數(shù)字相機(jī)(DSC)搭載數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(DVC)功能的變焦鏡頭，亦具有相當(dāng)?shù)氖袌鰸摿Α?br> 傳統(tǒng)技術(shù)中，如US 661386、JP 2003-5072、US 6597513、及US 6308011等都通過減少鏡片數(shù)目，以達(dá)成鏡頭小型化的目標(biāo)，另一方面，卻無法同時(shí)兼顧所需的規(guī)格諸如最大光圈值(F/#)、最大視野角度(FOV)、變倍率(zoomratio)以及鏡片片數(shù)。特別以F/#而言，一般DSC鏡頭的F/#為2.8，而DVC鏡頭的F/#則要求1.8，傳統(tǒng)技術(shù)都還有很大的改進(jìn)空間。
其中，US 661386是采取六片式的設(shè)計(jì)，然而只能達(dá)到變焦倍數(shù)2.5倍，F(xiàn)/#為2.8，F(xiàn)OV(2ω)63度；而JP 2003-5072則采取七片式設(shè)計(jì)，可達(dá)到變焦倍數(shù)3倍，F(xiàn)/#2.5，然而最大FOV(2ω)僅有65度；US 6597513也是七片式設(shè)計(jì)，其變焦倍數(shù)為2.5倍至4倍，然而F/#2.8，最大FOV(2ω)僅有60度；另外，US 6308011同樣是采取七片式設(shè)計(jì)，變焦倍數(shù)3倍，然而F/#2.8，最大FOV(2ω)僅有64度。
因此，目前實(shí)在亟需一種小型化的變焦鏡頭，同時(shí)要能提供高亮度、廣角與均勻性的特性，以符合產(chǎn)業(yè)利用的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可適用于數(shù)字相機(jī)搭載數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的變焦鏡頭，其不但可提升鏡頭的亮度、視角、均勻度、降低鏡片片數(shù)，而解決變焦鏡頭小型化的問題，并且符合高像素、高分辨率的光學(xué)品質(zhì)要求。
鑒于傳統(tǒng)技術(shù)的問題，本發(fā)明公開一種變焦鏡頭，包括有三群鏡組，從靠近物面至成像面依排列順序算起，第一群鏡組是負(fù)屈光度鏡組、第二群鏡組是正屈光度鏡組以及第三群鏡組是正屈光度鏡組；當(dāng)變焦鏡頭的焦距變化，由長焦距(望遠(yuǎn)端)變化至短焦距(廣角端)時(shí)，第二群鏡組由物面向成像面移動(dòng)，第三群鏡組與第一群鏡組則隨著第二群鏡組移動(dòng)。
而此變焦鏡頭的設(shè)計(jì)乃使得整體像差被適當(dāng)?shù)乜刂?，并將整體的歪曲像差(Distortion)控制在±1％，符合高像素、高分辨率數(shù)字相機(jī)變焦鏡頭的光學(xué)品質(zhì)要求。
本發(fā)明可使變焦鏡頭的機(jī)構(gòu)尺寸更緊湊，且符合高像素、高分辨率的光學(xué)品質(zhì)要求，具有下列優(yōu)點(diǎn)減少鏡片數(shù)目(目前設(shè)計(jì)鏡組共六片)，進(jìn)而減少變焦鏡頭的總重量、降低變焦鏡頭的生產(chǎn)成本；解決變焦鏡頭小型化問題(鏡頭總長小于22mm)，適用于中檔數(shù)字相機(jī)搭載數(shù)字?jǐn)z像機(jī)功能的鏡頭；更進(jìn)一步提升鏡頭的亮度、視角、均勻度，其中，像高2.3mm(相當(dāng)于1/4”的光感組件)，設(shè)計(jì)全視場光學(xué)傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function；MTF)于100lp/mm，可達(dá)40％以上，且從望遠(yuǎn)端到廣角端成像面上最大視場的相對照度(Relative illumination；RI)都大于80％，并可達(dá)3倍變焦，F(xiàn)OV(2ω)75度，F(xiàn)/#可達(dá)2.5，像面最大主光線入射角度小于15度。
有關(guān)本發(fā)明的特征與實(shí)施例，配合附圖作最佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。


圖1A--圖1C分別為本發(fā)明的變焦鏡頭于望遠(yuǎn)端、中間端、廣角端的示意圖。
附圖標(biāo)記說明10--第一群鏡組、11--第一鏡片、12--第二鏡片
20--第二群鏡組、21--第三鏡片、22--第四鏡片23--第五鏡片、30--第三群鏡組、31--第六鏡片40--光圈、50--感光組件具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明所公開的變焦鏡頭，如圖1A--圖1C所示，分別表示本發(fā)明變焦鏡頭于望遠(yuǎn)端、中間端、廣角端的示意圖。由接近物面(也就是待攝物處)的地方算起(即圖中所繪示的左側(cè))，包括有第一群鏡組10、第二群鏡組20、以及第三群鏡組30，且第一群鏡組10是負(fù)屈光度(refractive power)鏡組、第二群鏡組20是正屈光度鏡組以及第三群鏡組30是正屈光度鏡組。
如圖中所示，本發(fā)明的實(shí)施例僅利用六片鏡片，不但大幅減少鏡片的數(shù)量，鏡頭的總長也相對縮短。
在本實(shí)施例中，第一群鏡組10包括有第一鏡片11與第二鏡片12，第二群鏡組20包括第三鏡片21、第四鏡片22與第五鏡片23，第三群鏡組30則包括第六鏡片31。
其中，第一群鏡組10中，第一鏡片11為一負(fù)透鏡，第二鏡片12為一正透鏡，且第一鏡片11靠近成像面的面與第二鏡片12靠近成像面的面是使用非球面設(shè)計(jì)，以校正球面像差(Spherical aberration)、彗星像差(Coma)以及像散(Astigmatism)，非球面鏡片的數(shù)學(xué)式表示如下Z=cy21+1-(1+k)c2y2+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10]]>其中Z表示非球面鏡片在離鏡片中心軸的相對高度y時(shí)的矢(sag)量；c表示非球面鏡片在鏡軸中心曲率半徑的倒數(shù)；y表示非球面鏡片在離鏡片中心軸的相對高度；k表示非球面鏡片的圓錐常數(shù)(Conic Const)；A4、A6、A8以及A10表示非球面鏡片的非球面高階系數(shù)。
第二群鏡組20中，第三鏡片21為一正透鏡，且第三鏡片21靠近物面的面是采以非球面設(shè)計(jì)，而第四鏡片22為一負(fù)透鏡，兩者組合成為一對正的粘合透鏡(Cemented Lens)，可以校正軸向色差，第五鏡片23則為一正透鏡。
第三群鏡組30的第六鏡片31則為一正透鏡。
本發(fā)明的變焦鏡頭所采取的焦度配置中(即，第一群鏡組10、第二群鏡組20、與第三群鏡組30分別為負(fù)屈光度鏡組、正屈光度鏡組與正屈光度鏡組)，第一群鏡組10的配置方式(負(fù)，正)使得第一群鏡組10的主點(diǎn)在后，得以縮短整體長度；且第一群鏡組10與第二群鏡組20的焦度設(shè)計(jì)使得兩群鏡組10、20之間的主點(diǎn)位置接近，以達(dá)到鏡頭微小化的目標(biāo)；另外，第二群鏡組20中第五鏡片23其兩面的焦度設(shè)計(jì)可以決定第二群鏡組20主點(diǎn)位置，進(jìn)而可以有效的設(shè)計(jì)整體鏡頭的長度。
本發(fā)明中，三面非球面的使用使得F/#得以達(dá)到2.5，并且不需漸暈(vignetting)。且光圈(Stop)40位于第二群鏡組20與第三群鏡組30間，與變焦鏡頭焦距變化時(shí)，光圈40與第二群鏡組20的相對位置是維持固定的，也就是說光圈40隨著第二群鏡組20的移動(dòng)而移動(dòng)，維持著兩者的相對位置。
而當(dāng)變焦鏡頭的焦距變化由長焦距(望遠(yuǎn)端)變化到短焦距(廣角端)時(shí)，第二群鏡組20會(huì)連同光圈40一同由物面向成像面移動(dòng)(也就是圖中所示向右移動(dòng))，并且第一群鏡組10與第三群鏡組30會(huì)隨著第二群鏡組20相應(yīng)的移動(dòng)，同時(shí)第三群鏡組30為對焦透鏡。
此外，本發(fā)明的變焦鏡頭，必需滿足下列條件y/Trw＞0.10.23＜y/epw＜0.28y/fw＞0.740.6＜(R23+R24)/(R23-R24)＜1.142.09＜T11/D11＜5.850.53＜f11/f1＜0.61其中，y為像高；Trw為短焦距時(shí)變焦鏡頭的鏡頭總長；epw為短焦距時(shí)變焦鏡頭的出瞳位置；fw為短焦距時(shí)變焦鏡頭的等效焦距；R23為第二群鏡組20的第五鏡片23靠近物面的面的曲率半徑；
R24為第二群鏡組20的第五鏡片23靠近成像面的面曲率半徑；T11為第一群鏡組10的第一鏡片11的邊緣厚度；D11為第一群鏡組10的第一鏡片11的中心厚度；f11為第一群鏡組10的第一鏡片11的等效焦距；f1為第一群鏡組10的等效焦距。
接著，為了幫助說明本發(fā)明的實(shí)施方式，以下提供一些測試數(shù)據(jù)詳列于表1--表6。

表1

表2

表3

表4

表5

表6雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例公開，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作一些的變動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的專利保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，由靠近一物面至一成像面依排列順序算起，至少包括有一第一群鏡組，為負(fù)屈光度鏡組；一第二群鏡組，為正屈光度鏡組；及一第三群鏡組，為正屈光度鏡組；其中，當(dāng)該第二群鏡組由該物面向該成像面移動(dòng)，且該第三群鏡組與該第一群鏡組隨著該第二群鏡組移動(dòng)時(shí)，可使該變焦鏡頭的焦距由長焦距變化至短焦距，且該變焦鏡頭滿足下列條件y/Trw＞0.10.23＜y/epw＜0.28y/fw＞0.740.6＜(R23+R24)/(R23-R24)＜1.142.09＜T11/D11＜5.850.53＜f11/f1＜0.61其中，y為像高；Trw為短焦距時(shí)該變焦鏡頭的鏡頭總長；epw為短焦距時(shí)該變焦鏡頭的出瞳位置；fw為短焦距時(shí)該變焦鏡頭的等效焦距；R23與R24分別為該第二群鏡組中最靠近該成像面的鏡片靠近該物面的面與靠近該像面的面曲率半徑；T11為該第一群鏡組中最靠近該物面的鏡片的邊緣厚度；D11為該第一群鏡組中最靠近該物面的鏡片的中心厚度；f11為該第一群鏡組中最靠近該物面的鏡片的等效焦距；及f1為該第一群鏡組的等效焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第一群鏡組系由該物面至該成像面包括一第一鏡片與一第二鏡片，且該第一鏡片為負(fù)透鏡，該第二鏡片為正透鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第一鏡片靠近該成像面的面為非球面。
4.如權(quán)利要求2所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第二鏡片靠近該成像面的面為非球面。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第二群鏡組系由該物面至該成像面包括一第三鏡片、一第四鏡片、一第五鏡片，且該第五鏡片為正透鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第三鏡片靠近該物面的面為非球面。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第二群鏡組包括一對粘合鏡片。
8.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，還包括一光圈，且該光圈位于該第一群鏡組與該第二群鏡組間。
9.如權(quán)利要求8所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第二群鏡組于該變焦鏡頭的焦距變化時(shí)，與該光圈的相對位置系保持固定不變。
10.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第三群鏡組包括一第六鏡片，該第六鏡片為正透鏡。
11.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭的焦距由長焦距變化至短焦距時(shí)，于該成像面上最大視場的相對照度大于80％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭，為可適用于數(shù)字相機(jī)與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的共享鏡頭，其包括有三群鏡組，從靠近物面至成像面依排列順序算起，第一群鏡組是負(fù)屈光度鏡組、第二群鏡組是正屈光度鏡組以及第三群鏡組是正屈光度鏡組；當(dāng)變焦鏡頭的焦距變化，由長焦距(望遠(yuǎn)端)變化至短焦距(廣角端)時(shí)，第二群鏡組會(huì)由物面向成像面移動(dòng)，第三群鏡組與第一群鏡組則隨第二群鏡組移動(dòng)。本發(fā)明不但可提升鏡頭的亮度、視角、均勻度、降低鏡片片數(shù)，而解決變焦鏡頭小型化的問題，并且符合高像素、高分辨率的光學(xué)品質(zhì)要求。
文檔編號G02B7/02GK1737636SQ20041005693
公開日2006年2月22日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者何恭璿, 張奇?zhèn)?申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院