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，尤其涉及一種可使用于固態(tài)組件的兩群組式的反焦型變焦鏡頭，該變焦鏡頭例如可使用于小型圖像提取裝置，例如攝影機、數(shù)字相機等。
背景技術(shù)：
近年來，圖像提取裝置往小型化的需求發(fā)展，其中變焦鏡頭是非常關(guān)鍵的組件。因此變焦鏡頭積極朝著縮小體積、重量及成本發(fā)展，以使圖像提取裝置相對應地減少體積、重量及成本。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在照相機的變焦鏡頭設(shè)計中，關(guān)于兩群組式變焦鏡頭基本上可以分為兩大類，第一類為遠攝型(telephoto type)組合，該種變焦鏡頭為具有正屈光度(diopter)的前群組和具有負屈光度的后群組組合而成的兩群組鏡頭，利用改變兩群組間的空氣間隔來改變焦距，特點是在使鏡頭后主平面往前移時，可以得到較短的后焦長度。
第二類為反焦型(retrofocus type)，此型為具有負屈光度(diopter)的前群組和具有正屈光度的后群組組合而成的兩群組鏡頭。關(guān)于兩群組式的變焦鏡頭有如專利號為US5179473的美國專利，此專利為反焦型變焦鏡頭，但是其變焦比(zoom ratio)無法超過2，只能達到1.8，因此無法滿足近來圖像提取裝置的高變焦比的性能發(fā)展要求。
另一關(guān)于反焦型的變焦鏡頭還有如專利號為US5155629的美國專利及專利號為US4750820的美國專利，然而專利號為US5155629的美國專利的變焦鏡頭尺寸小型化參考值，即變焦系統(tǒng)全長(total track of zoom system)與圖像傳感器尺寸(image sensor size)比大約等于10。另外專利號為US4750820的美國專利的尺寸小型化參考值還會超過16。再者，上述專利號為US5179473的美國專利的尺寸小型化參考值也達到14。由于變焦鏡頭的尺寸通常會強烈地受到圖像傳感器尺寸的影響，因此變焦系統(tǒng)全長與圖像傳感器尺寸比是變焦鏡頭尺寸要小型化的一個關(guān)鍵參考值。該參考值愈小愈好。
因此本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種變焦鏡頭以解決上述的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種變焦鏡頭，其具有高變焦比并且同時具有小型化體積，即減少圖像提取裝置的體積。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種變焦鏡頭，其由塑料材質(zhì)制成的非球面鏡片及一般常用的玻璃鏡片所組成，可以達到成本低廉的目的。同時本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、易組裝的優(yōu)點。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種變焦鏡頭，其包括有一前群組及一后群組的鏡片，該前群組包括有第一鏡片，其為彎月形負透鏡，第二鏡片，其為雙凹負透鏡，及第三鏡片，其為正透鏡；該后群組包括有第四鏡片，其為正透鏡，第五鏡片，其為雙凸透鏡，第六鏡片，其為彎月形負透鏡，及第七鏡片，其為彎月形負透鏡，其中第四鏡片及第七鏡片為以塑料材質(zhì)制成的非球狀鏡片，并且該變焦鏡頭符合下列條件條件(a)1.42＜d12/11＜1.73條件(b)1.20＜e13/d13＜1.36條件(c)1.2＜f2/fw＜1.3其中，d12為第六鏡片與第七鏡片的軸向距離；11為第六鏡片徑向高度；e13為第七鏡片外緣厚度，d13為第七鏡片中心厚度；f2為后群組的焦距，fw為廣視角時的焦距。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該第五鏡片及第六鏡片可膠合成一膠合透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件(d)0.28＜(n10-n11)的絕對值＜0.31，其中，n10為第五鏡片的折射率，n11為第六鏡片的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8為第四鏡片的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13為第七鏡片的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件(g)56＜v8＜58，其中v8為第四鏡片的阿貝(abbe)值。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件(h)29＜v13＜57，其中v13為第七鏡片的阿貝值。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其中該變焦鏡頭還符合下列條件1.49＜n8＜1.53，其中n8為第四鏡片的折射率；1.52＜n13＜1.59，其中n13為第七鏡片的折射率；56＜v8＜58，其中v8為第四鏡片的阿貝值；及29＜v13＜57，其中v13為第七鏡片的阿貝值。
本發(fā)明的有益效果及特點在于一、本發(fā)明的變焦鏡頭具有高變焦比(達到2.87，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù))，并且同時，其小型化參考值小至8.84均遠低于現(xiàn)有技術(shù)，可有效節(jié)省空間并減少圖像提取裝置的體積。
二、本發(fā)明中第四鏡片L4及第七鏡片L7是以塑料材質(zhì)制成的非球狀鏡片，其它的鏡片可使用一般常用的玻璃鏡片。非球狀鏡面的光學組件可以補償光學系統(tǒng)中的像差，降低成本，并減輕重量，因此本發(fā)明還具有成本低廉的優(yōu)點。
三、本發(fā)明中第五鏡片L5及第六鏡片L6可膠合成一膠合透鏡，借此可減化變焦鏡頭的組裝步驟，達到容易組裝的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的變焦鏡頭各鏡片的配置示意圖。
圖2A表示實施例一在廣視角時各透鏡的位置圖。
圖2B表示實施例一在廣視角時的像曲線圖。
圖2C表示實施例一在中間視角時的像曲線圖。
圖2D表示實施例一在小視角時的像曲線圖。
圖3A表示實施例二在廣視角時各透鏡的位置圖。
圖3B表示實施例二在廣視角時的像曲線圖。
圖3C表示實施例二在中間視角時的像曲線圖。
圖3D表示實施例二在小視角時的像曲線圖。
圖4A表示實施例三在廣視角時各透鏡的位置圖。
圖4B表示實施例三在廣視角時的像曲線圖。
圖4C表示實施例三在中間視角時的像曲線圖。
圖4D表示實施例三在小視角時的像曲線圖。
圖5A表示實施例四在廣視角時各透鏡的位置圖。
圖5B表示實施例四在廣視角時的像曲線圖。
圖5C表示實施例四在中間視角時的像曲線圖。
圖5D表示實施例四在小視角時的像曲線圖。
其中，附圖標記說明如下前群組G1第一鏡片L1第二鏡片L2第三鏡片L3后群組G2第四鏡片L4第五鏡片L5第六鏡片L6第七鏡片L7d1～d18各鏡面之間的軸向距離S1～S14各透鏡的鏡面編號具體實施方式
請參閱圖1，其顯示本發(fā)明的變焦鏡頭各鏡片的配置示意圖。本發(fā)明的變焦鏡頭是由七片鏡片所組成。由附圖標記所示的各鏡片的組合配置關(guān)系圖中可知，本發(fā)明的變焦鏡頭包括有一前群組G1及一后群組G2的鏡片。其中該前群組G1具有負屈光度(negative diopter，或稱為negative power)的特性，該后群組G2具有正屈光度(positive diopter)的特性。利用前群組和后群組之間所形成的空氣間隔的變化，亦即上述前、后群組通過改變?nèi)航M間的光軸方向的間距形成變焦鏡頭即可改變此透鏡系統(tǒng)的焦距。
在本發(fā)明的較佳實施例中，該前群組G1包括有第一鏡片L1，其為彎月形負透鏡；第二鏡片L2，其為雙凹負透鏡；及第三鏡片L3，其為正透鏡。該后群組G2包括有第四鏡片L4，其為正透鏡；第五鏡片L5，其為雙凸透鏡；第六鏡片L6，其為彎月形負透鏡；及第七鏡片L7，其為彎月形負透鏡。位于第四鏡片L4前方的S表示光圈。
本發(fā)明中第四鏡片L4及第七鏡片L7優(yōu)選是以塑料材質(zhì)制成的非球面鏡片，其它的鏡片則可使用一般常用的玻璃鏡片，借此可有效減少攝影裝置的成本，達到成本低廉的目的。然而本發(fā)明仍具有尺寸小型化的特點并能維持圖像的質(zhì)量。這是因為非球狀鏡片可有效消除軸外像差，特別是第七鏡片L7。S1～S19為各透鏡的鏡面編號，d1～d18表示各鏡面之間的軸向距離。
本較佳實施例中，該第五鏡片及第六鏡片可膠合成一膠合透鏡，如圖所示，只視為一個鏡面S11并且沒有距離d。如此可減化變焦鏡頭的組裝步驟，具有易組裝的優(yōu)點。
本發(fā)明為了實現(xiàn)尺寸小型化并維持圖像的質(zhì)量，可以使該變焦鏡頭符合下列條件，亦即具有下列特征條件(a)1.42＜d12/11＜1.73；條件(b)1.20＜e13/d13＜1.36；條件(c)1.2＜f2/fw＜1.3；其中d12為第六鏡片及第七鏡片的軸向距離(亦即鏡面S12～S13之間的距離)；11為第六鏡片的徑向高度；e13為第七鏡片的外緣厚度；d13為第七鏡片的中心厚度；f2為后群組的焦距；fw為廣視角時的焦距。
以下是本發(fā)明的第一個到第四個實施例的說明。
<第一實施例>
圖2A表示實施例一在廣視角時各透鏡的位置圖；圖2B表示實施例一在廣視角時的像曲線圖；圖2C表示實施例一在中間視角時的像曲線圖；圖2D表示實施例一在小視角時的像曲線圖。其中圖2A大體與圖1相同，只在部分鏡片的外型及距離上有稍微的變更，為使圖面更為簡潔，省略了S1～S19及d1～d18的附圖標記。下列實施例的結(jié)構(gòu)圖也是相同的。
實施例一的初階光學特性為Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.53-21.60，w＝29.7°-11.1°。其中Fno表示對應于廣視角與小視角的光圈口徑，f表示對應于廣視角與小視角的系統(tǒng)焦距，w表示對應于廣視角與小視角的半視角。其數(shù)據(jù)請參考下列的表一，其中r表示各表面的曲率半徑(單位為毫米(mm)，以下實施例同)，d表示各鏡面之間的軸向距離(單位為毫米(mm)，以下實施例同)，n表示各鏡面的折射率，v表示各鏡面的阿貝值(abbe value)，阿貝值是表示材料的色散(chromatic aberration)特性的數(shù)值，阿貝值與色散量成反比，“infinite”表示無窮大。
<表一>

透鏡組中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面為非球面，其非球面系數(shù)資料分別如下

變量d6與d14相對于不同變焦位置的關(guān)系分別如下

上述的非球面在徑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值為突陷量(sag)，curv為曲率，K為二次曲面常數(shù)，Y為與鏡片光軸垂直的高度，A為4階非球面系數(shù)，B為6階非球面系數(shù)，C為8階非球面系數(shù)，D為10階非球面系數(shù)，E為12階非球面系數(shù)，F(xiàn)為14階非球面系數(shù)，G為16階非球面系數(shù)，H為18階非球面系數(shù)，J為20階非球面系數(shù)。
<第二實施例>
圖3A表示實施例二在廣視角時各透鏡的位置圖；圖3B表示實施例二在廣視角時的像曲線圖；圖3C表示實施例二在中間視角時的像曲線圖；圖3D表示實施例二在小視角時的像曲線圖。
實施例二的初階光學特性為Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.30-20.94，w＝30.5°-11.5°。其中Fno表示對應于廣視角與小視角的光圈口徑，f表示對應于廣視角與小視角的系統(tǒng)焦距，w表示對應于廣視角與小視角的半視角。其數(shù)據(jù)請參考下列的表一，其中r表示各表面的曲率半徑，d表示各鏡面之間的軸向距離，n表示各鏡面的折射率，v表示各鏡面的阿貝值。
<表二>

透鏡組中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面為非球面，其非球面系數(shù)資料分別如下

變量d6與d14相對于不同變焦位置的關(guān)系分別如下

<第三實施例>
圖4A表示實施例三在廣視角時各透鏡的位置圖；圖4B表示實施例三在廣視角時的像曲線圖；圖4C表示實施例三在中間視角時的像曲線圖；圖4D表示實施例三在小視角時的像曲線圖。
實施例三的初階光學特性為Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.57-21.72，w＝29.5°-11.1°。其中Fno表示對應于廣視角與小視角的光圈口徑，f表示對應于廣視角與小視角的系統(tǒng)焦距，w表示對應于廣視角與小視角的半視角。其數(shù)據(jù)請參考下列的表三，其中r表示各表面的曲率半徑，d表示各鏡面之間的軸向距離，n表示各鏡面的折射率，v表示各鏡面的阿貝值。
<表三>


透鏡組中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面為非球面，其非球面系數(shù)資料分別如下

變量d6與d14相對于不同變焦位置的關(guān)系分別如下

<第四實施例>
圖5A表示實施例四在廣視角時各透鏡的位置圖；圖5B表示實施例四在廣視角時的像曲線圖；圖5C表示實施例四在中間視角時的像曲線圖；圖5D表示實施例四在小視角時的像曲線圖。
實施例四的初階光學特性為Fno＝1∶3.65-6.81，f＝7.45-21.39，w＝29.9°-11.2°。其中Fno表示對應于廣視角與小視角的光圈口徑，f表示對應于廣視角與小視角的系統(tǒng)焦距，w表示對應于廣視角與小視角的半視角。其數(shù)據(jù)請參考下列的表四，其中r表示各表面的曲率半徑，d表示各鏡面之間的軸向距離，n表示各鏡面的折射率，v表示各鏡面的阿貝值。
<表四>


透鏡組中，其中第八面、第九面、第十三面及第十四面為非球面，其非球面系數(shù)資料分別如下

變量d6與d14相對于不同變焦位置的關(guān)系分別如下

表五為以上四個實施例與條件(a)至(h)相關(guān)的統(tǒng)計表。以上實施例小型化參考值(OAL/IMA)均小至8.84，遠低于現(xiàn)有技術(shù)。
表五

其中字段代號的意義如下OAL/IMA表示變焦系統(tǒng)全長(total track)與圖像傳感器尺寸(image sensorsize)之比，定義為小型化參考值；d12為第六鏡片L6及第七鏡片L7的軸向距離；11為第六鏡片L6的徑向高度；e13為第七鏡片L7的外緣厚度，d13為第七鏡片L7的中心厚度；f2為后群組的焦距，fw為廣視角時的焦距。
n10為第五鏡片L5的折射率，n11為第六鏡片L6的折射率，n8表示第四鏡片L4的折射率(index)，n13表示第七鏡片L7的折射率；v8為第四鏡片L4的阿貝值，v13為第七鏡片L7的阿貝值。
配合本較佳實施例的變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭的該第五鏡片L5及第六鏡片L6可膠合成一膠合透鏡，優(yōu)選符合下列條件(d)0.28＜(n10-n11)的絕對值＜0.31，其中，n10為第五鏡片L5的折射率，n11為第六鏡片L6的折射率。
并且由上述本發(fā)明的較佳實施例的數(shù)據(jù)可得知，其中該變焦鏡頭較佳的還符合下列條件(e)、(f)、(g)、(h)(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8為第四鏡片L4的折射率；(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13為第七鏡片L7的折射率；
(g)56＜v8＜58，其中v8為第四鏡片L4的阿貝值；及(h)29＜v13＜57，其中v13為第七鏡片L7的阿貝值。
上述的條件可以是擇一的，或者是同時符合的。
〔本發(fā)明的創(chuàng)作特征及特點〕因此通過本發(fā)明所能產(chǎn)生的特點及功能經(jīng)整理如后一、本發(fā)明的變焦鏡頭具有高變焦比(達到2.87，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù))，并且同時其小型化參考值小至8.84，遠低于現(xiàn)有技術(shù)，可有效節(jié)省空間并減少圖像提取裝置的體積。
二、本發(fā)明中第四鏡片L4及第七鏡片L7是以塑料材質(zhì)制成的非球狀鏡片，其它的鏡片可使用一般常用的玻璃鏡片。非球狀鏡面的光學組件可以補償光學系統(tǒng)中的像差，降低成本，并減輕重量，因此本發(fā)明還具有成本低廉的優(yōu)點。
三、本發(fā)明中第五鏡片L5及第六鏡片L6可膠合成一膠合透鏡，由此可減化變焦鏡頭的組裝步驟，達到容易組裝的優(yōu)點。
然而以上所公開的，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，自然不能以此限定本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，因此對本發(fā)明所做的同等變化或修飾，仍應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，包括一前群組及一后群組，其特征在于，所述前群組包括第一鏡片，其為彎月形負透鏡；第二鏡片，其為雙凹負透鏡；及第三鏡片，其為正透鏡；所述后群組包括第四鏡片，其為正透鏡；第五鏡片，其為雙凸透鏡；第六鏡片，其為彎月形負透鏡；及第七鏡片，其為彎月形負透鏡，其中第四鏡片及第七鏡片為以塑料材質(zhì)制成的非球狀鏡片，并且該變焦鏡頭符合下列條件條件(a)1.42＜d12/11＜1.73條件(b)1.20＜e13/d13＜1.36條件(c)1.2＜f2/fw＜1.3其中，d12為第六鏡片與第七鏡片的軸向距離；11為第六鏡片的徑向高度；e13為第七鏡片的外緣厚度，d13為第七鏡片的中心厚度；f2為后群組的焦距，fw為廣視角時的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該第五鏡片及第六鏡片膠合成一膠合透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件(d)0.28＜(n10-n11)的絕對值＜0.31，其中，n10為第五鏡片的折射率，n11為第六鏡片的折射率。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件(e)1.49＜n8＜1.53，其中n8為第四鏡片的折射率。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件(f)1.52＜n13＜1.59，其中n13為第七鏡片的折射率。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件(g)56＜v8＜58，其中v8為第四鏡片的陽貝值。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件(h)29＜v13＜57，其中v13為第七鏡片的阿貝值。
8.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，該變焦鏡頭還符合下列條件1.49＜n8＜1.53，其中n8為第四鏡片的折射率；1.52＜n13＜1.59，其中n13為第七鏡片的折射率；56＜v8＜58，其中v8為第四鏡片的阿貝值；及29＜v13＜57，其中v13為第七鏡片的阿貝值。
全文摘要
一種變焦鏡頭具有高變焦比并且同時具有小型化體積，該變焦鏡頭包括有一前群組及一后群組的鏡片，該前群組包括有；第一鏡片，其為彎月形負透鏡；第二鏡片，其為雙凹負透鏡；及第三鏡片，其為正透鏡；該后群組包括有第四鏡片，其為正透鏡；第五鏡片，其為雙凸透鏡；第六鏡片，其為彎月形負透鏡；及第七鏡片，其為彎月形負透鏡，其中第四鏡片及第七鏡片為以塑料材質(zhì)制成的非球狀鏡片。本發(fā)明還提供滿足尺寸小型化及維持圖像質(zhì)量的條件。
文檔編號G02B9/64GK1928613SQ200510099900
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者莊福明 申請人:欣相光電股份有限公司