專利名稱：變焦鏡頭的制作方法
變焦鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭，尤其是指一種應(yīng)用于相機(jī)的數(shù)字式或非數(shù)字式的實(shí)像 (Real Image)取像裝置的變焦鏡頭，具有全長(zhǎng)短、小型化、高變焦倍率及高解像力的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著照相、攝影等光學(xué)技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的快速整合，照相手機(jī)、小型 數(shù)字相機(jī)及小型家用攝影機(jī)等電子裝置皆配備有用以進(jìn)行攝影的變焦鏡頭。此種變焦 鏡頭皆要求符合小型化及輕量化，并要滿足高變焦倍率(Zoom Ratio)及高解像力(High Resolution)的要求。通常，高變焦倍率鏡頭是以多群透鏡組、多枚透鏡，較長(zhǎng)的鏡頭長(zhǎng)度型 式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并加入特殊低色散透鏡及非球面透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)高解像力的要求。隨著半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，使得非球面透鏡可以大量地應(yīng)用于攝影鏡頭 中。采用非球面透鏡除可校正球面透鏡產(chǎn)生的球面像差問(wèn)題外，還可運(yùn)用一枚非球面透鏡 來(lái)取代數(shù)枚球面透鏡，來(lái)達(dá)到降低成本與產(chǎn)品輕量化的需求。在變焦鏡頭中，在謀求整個(gè)鏡 頭系統(tǒng)小型化的同時(shí)，為獲得所期望的變焦倍率，得到整個(gè)變焦范圍良好的光學(xué)特性，還需 要適當(dāng)設(shè)定各透鏡組中的透鏡構(gòu)成?，F(xiàn)有的攝影變焦鏡頭大多為采用非球面透鏡的負(fù)、正、 正三群結(jié)構(gòu)，但是該等三群結(jié)構(gòu)變焦鏡頭，因?yàn)橹饕儽妒且远簽橹?，而二群所需的移?dòng) 量較大，同時(shí)隨變倍率增加，成像性會(huì)變化過(guò)大，故目前已發(fā)展四群結(jié)構(gòu)的變焦鏡頭，通過(guò) 增加透鏡的數(shù)量，來(lái)克服三群結(jié)構(gòu)的缺陷。然而現(xiàn)有的四群結(jié)構(gòu)變焦鏡頭要透過(guò)三群變焦 來(lái)達(dá)到四至六倍的變焦倍率以及高解像力會(huì)需要有較長(zhǎng)的空間，而若使用四群變焦則又需 要考慮透鏡數(shù)量及成本的問(wèn)題。并且，無(wú)論是三群變焦或是四群變焦，現(xiàn)有的四群結(jié)構(gòu)變焦 鏡頭各透鏡組的外徑通常較大，收納時(shí)需要較大的收納空間且收納全長(zhǎng)較長(zhǎng)。已知，在變焦鏡頭的設(shè)計(jì)中，直接而又有效的小型化方式是將變焦時(shí)各透鏡組的 移動(dòng)量變小，從而可縮短整個(gè)鏡頭的長(zhǎng)度，然而采用此方式通常會(huì)提高鏡頭加工的精度與 難度，同時(shí)亦難以獲得良好的像差修正。因此，對(duì)于變焦攝影鏡頭包括投影鏡頭來(lái)說(shuō)，如何 做到既滿足高變焦倍率及高解像力的光學(xué)性能要求，同時(shí)又盡可能地簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成 而實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化設(shè)計(jì)，使鏡頭收納后的體積縮小，這確是變焦鏡頭設(shè)計(jì)領(lǐng)域中令設(shè)計(jì) 者頭痛的一個(gè)難題。本發(fā)明即是針對(duì)于前述困擾，提出改良，以提供收納全長(zhǎng)短、小型化且滿足高變焦 倍率及高解像力的四群結(jié)構(gòu)變焦鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的即在于提供一種變焦鏡頭，其使用正、負(fù)、正、正的四群透 鏡組，可滿足高變焦倍率及高解像力的光學(xué)性能要求，并可縮短鏡頭全長(zhǎng)及縮小鏡頭體積。依據(jù)本發(fā)明的目的而提供的變焦鏡頭，其由物方至像方于光軸上依序包含正屈光 力的第一透鏡組、負(fù)屈光力的第二透鏡組、正屈光力的第三透鏡組及正屈光力的第四透鏡 組。當(dāng)該變焦鏡頭由廣角端(Wide-Angle End)至望遠(yuǎn)程(Tel印hoto End)變焦(Zooming)時(shí)，第一透鏡組與第三透鏡組皆向物方移動(dòng)，第二透鏡組則先向像方移動(dòng)再向物方移動(dòng)，使 第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第 二可變間距則縮小；第四透鏡組也可沿光軸移動(dòng)，使第三透鏡組與第四透鏡組之間的第三 可變間距發(fā)生變化；第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第四透鏡組在對(duì)焦時(shí)移動(dòng)，其亦可與第一、第二及第三透 鏡組同時(shí)移動(dòng)進(jìn)行變焦。該第四透鏡組作動(dòng)時(shí)是向物方移動(dòng)，其亦可先向物方移動(dòng)再向像 方移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第三透鏡組的物方側(cè)設(shè)有一孔徑光闌，于變焦時(shí)其隨同
第三透鏡組一起移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦鏡頭，第一透鏡組由物方至像方于光軸上依序包含 一新月形凹透鏡與一新月形凸透鏡，該新月形凹透鏡與該新月形凸透鏡的凸面皆朝向物方 且相互接合成一體。根據(jù)本發(fā)明第二與第三實(shí)施例的變焦鏡頭，第一透鏡組由物方至像方于光軸上依 序包含一正屈光度的復(fù)合透鏡與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。該復(fù)合透鏡是由一新月 形凹透鏡與一新月形凸透鏡接合而成，該新月形凹透鏡與該新月形凸透鏡的凸面皆朝向物 方。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第二透鏡組由物方至像方于光軸上依序包含一第一凹透 鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，該第一凹透鏡與該第二凹透鏡曲率較大的面是相向設(shè)置。較 佳地，該第一凹透鏡為一非球面透鏡，該第二凹透鏡亦可為一非球面透鏡。根據(jù)本發(fā)明第一 實(shí)施例的變焦鏡頭，該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一 雙凹透鏡，該凸透鏡則為一雙凸透鏡。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦鏡頭，該第一凹透鏡為 凸面朝向物方的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為凸面朝向像方的一新月形凹透鏡，該凸 透鏡則為一雙凸透鏡。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦鏡頭，該第一凹透鏡為凸面朝向物方 的一新月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡則為凸面朝向物方的一新月形 凸透鏡。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第三透鏡組由物方至像方于光軸上依序包含一雙凸透 鏡、一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡，其中該雙凸透鏡是一非球面透鏡，該新月形凸透鏡 與該新月形凹透鏡的凸面皆朝向物方且相互接合成一體。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第四透鏡組是由一新月形凸透鏡構(gòu)成，其凸面朝向物方。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭，第四透鏡組與成像面之間還設(shè)有一濾光片與一玻璃蓋 板。本發(fā)明變焦鏡頭采用正、負(fù)、正、正的四群透鏡組為架構(gòu)，變焦時(shí)第一透鏡組與第 三透鏡組向物方移動(dòng)，第二透鏡組則先向像方移動(dòng)再向物方移動(dòng)，使第一透鏡組與第二透 鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮小。 第四透鏡組則于對(duì)焦時(shí)移動(dòng)，其亦可與第一、第二及第三透鏡組同時(shí)移動(dòng)進(jìn)行變焦。第三透 鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面。本發(fā)明變焦鏡頭透過(guò)三群透鏡組的變焦 以及非球面透鏡的采用可達(dá)到四至六倍的變焦倍率以及高解像力。于變焦作動(dòng)時(shí)，第二透 鏡組的移動(dòng)量相對(duì)較小，可有效縮小第二透鏡組的外徑，增加收納時(shí)鏡頭體積小型化的機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)可能性，有效將鏡頭小型化。本發(fā)明變焦鏡頭的架構(gòu)可同時(shí)縮小第二、第三透鏡組的外徑，減少鏡頭收納空間，從而可獲得收納全長(zhǎng)短、外徑小的一短小型四至六倍變焦鏡頭。 再有，本發(fā)明變焦鏡頭僅有9枚或10枚單透鏡構(gòu)成，因此鏡頭總長(zhǎng)較短，生產(chǎn)成本亦較低。

圖1至圖3分別為本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端、中間角度端及望遠(yuǎn) 程的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A-4D分別為本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端的縱向球差、彗星像 差、場(chǎng)曲及畸變像差表現(xiàn)圖。圖5A-5D分別為本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦鏡頭位于望遠(yuǎn)程的縱向球差、彗星像 差、場(chǎng)曲及畸變像差表現(xiàn)圖。圖6至圖8分別為本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端、中間角度端及望遠(yuǎn) 程的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。圖9至圖11分別為本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端、中間角度端及望遠(yuǎn) 程的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí) 施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將可清楚地呈現(xiàn)。本發(fā)明變焦鏡頭可以應(yīng)用于影像擷取裝置或攝影裝置，用來(lái)將目標(biāo)物成像于一影 像感測(cè)元件(CCD或CMOS)。圖1至圖3分別顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角 端(Wide-Angle End)、中間角度端(Medium-Angle End)及望遠(yuǎn)程(Tekphoto End)的光學(xué) 結(jié)構(gòu)示意圖；圖6至圖8分別顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端、中間角度端 及望遠(yuǎn)程的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9至圖11分別顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣 角端、中間角度端及望遠(yuǎn)程的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A-4D及圖5A-5D則分別顯示了本發(fā)明 第一實(shí)施例的變焦鏡頭位于廣角端及望遠(yuǎn)程的各像差表現(xiàn)圖。本發(fā)明變焦鏡頭由物方至像方于光軸上依序包含正屈光力的第一透鏡組G1、負(fù)屈 光力的第二透鏡組G2、正屈光力的第三透鏡組G3及正屈光力的第四透鏡組G4。第三透鏡 組G3的物方側(cè)設(shè)有一孔徑光闌ST。第一透鏡組Gl的屈光力為正，其由一正屈光力的復(fù)合透鏡構(gòu)成(第一實(shí)施例，參 圖1至圖3)或由一正屈光力的復(fù)合透鏡與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡L3構(gòu)成(第二 及第三實(shí)施例，參圖6至圖8及圖9至圖11)，其中該復(fù)合透鏡是由凸面朝向物方的一新月 形凹透鏡Ll與凸面朝向物方的一新月形凸透鏡L2相互接合而成。第二透鏡組G2由物方 至像方于光軸上依序包含一第一凹透鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，其中該第一凹透鏡與 該第二凹透鏡曲率較大的面相向設(shè)置。第三透鏡組G3為補(bǔ)正系，主要功能為改善球面像差 與彗星像差，其由物方至像方于光軸上依序包含一雙凸透鏡與一復(fù)合透鏡，其中該雙凸透 鏡包含有至少一非球面表面，該復(fù)合透鏡是由一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡相互接合 而成。第四透鏡組G4是由一枚新月形凸透鏡構(gòu)成，其凸面朝向物方且包含有至少一非球面 表面。本發(fā)明變焦鏡頭的各組成透鏡可皆由玻璃制成，部分透鏡如非球面透鏡亦可由塑料 制成。
當(dāng)本發(fā)明變焦鏡頭由廣角端至望遠(yuǎn)程變焦(Zooming)時(shí)，第一透鏡組Gl與第三透 鏡組G3向物方移動(dòng)，第二透鏡組G2則先向像方移動(dòng)再向物方移動(dòng)，使第一透鏡組Gl與第 二透鏡組G2之間的第一可變間距A增大，而第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的第二可 變間距B則縮小。變焦時(shí)，孔徑光闌ST隨同第三透鏡組G3 —起移動(dòng)。而于對(duì)焦(Focusing)時(shí)，本發(fā)明變焦鏡頭的第四透鏡組G4進(jìn)行作動(dòng)，使第三透鏡 組G3與第四透鏡組G4之間的第三可變間距C發(fā)生變化。第四透鏡組G4于對(duì)焦時(shí)的作動(dòng)， 可補(bǔ)償變焦后造成的成像面移動(dòng)。第四透鏡組G4的另一項(xiàng)功能在于亦可兼作補(bǔ)正系使用， 與第二透鏡組G2、第三透鏡組G3同時(shí)移動(dòng)進(jìn)行變焦后，其后并可再單獨(dú)移動(dòng)進(jìn)行對(duì)焦。本發(fā)明變焦鏡頭的4群透鏡組僅包含有9枚或10枚單透鏡，其中至少有2枚為非 球面透鏡，以使本發(fā)明變焦鏡頭具有較佳的像差矯正效果。具體而言，第三透鏡組G3與第 四透鏡組G4皆包含有一枚非球面透鏡，每一非球面透鏡皆包含有至少一非球面表面，該等 非球面表面的形狀可以下式表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，由物方至像方沿光軸依序包含正屈光力的第一透鏡組、負(fù)屈光力 的第二透鏡組、正屈光力的第三透鏡組及正屈光力的第四透鏡組，其特征在于當(dāng)變焦鏡頭 由廣角端至望遠(yuǎn)程變焦時(shí)，第一透鏡組與第三透鏡組皆向物方移動(dòng)，第二透鏡組則先向像 方移動(dòng)再向物方移動(dòng)，使第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡 組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮??；第四透鏡組亦可沿光軸移動(dòng)，使第三透鏡組 與第四透鏡組之間的第三可變間距發(fā)生變化；第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一 非球面表面。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第四透鏡組于對(duì)焦時(shí)移動(dòng)，其亦可與 第一、第二及第三透鏡組同時(shí)移動(dòng)進(jìn)行變焦。
3.如權(quán)利要求2所述的變焦鏡頭，其特征在于該第四透鏡組作動(dòng)時(shí)是向物方移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的變焦鏡頭，其特征在于該第四透鏡組作動(dòng)時(shí)是先向物方移動(dòng) 再向像方移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第三透鏡組的物方側(cè)設(shè)有一孔徑光 闌，于變焦時(shí)其隨同第三透鏡組一起移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一透鏡組由物方至像方于光軸上 依序包含一第一新月形凹透鏡與一第二新月形凸透鏡，該第一新月形凹透鏡與該第二新月 形凸透鏡的凸面皆朝向物方。
7.如權(quán)利要求6所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一新月形凹透鏡與該第二新月形 凸透鏡相互接合成一體。
8.如權(quán)利要求6所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一透鏡組還包含凸面朝向物方的 一第三新月形凸透鏡，且該第三新月形凸透鏡鄰近該第二新月形凸透鏡的像方設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第二透鏡組由物方至像方于光軸上 依序包含一第一凹透鏡、一第二凹透鏡與一凸透鏡，該第一凹透鏡與該第二凹透鏡曲率較 大的面相向設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一凹透鏡為一非球面透鏡。
11.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一凹透鏡與該第二凹透鏡皆為非 球面透鏡。
12.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新 月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡為一雙凸透鏡。
13.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新 月形凹透鏡，該第二凹透鏡為凸面朝向像方的一新月形凹透鏡，該凸透鏡為一雙凸透鏡。
14.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于該第一凹透鏡為凸面朝向物方的一新 月形凹透鏡，該第二凹透鏡為一雙凹透鏡，該凸透鏡為凸面朝向物方的一新月形凸透鏡。
15.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第三透鏡組由物方至像方于光軸上 依序包含一雙凸透鏡、一新月形凸透鏡與一新月形凹透鏡，該新月形凸透鏡與該新月形凹 透鏡的凸面皆朝向物方。
16.如權(quán)利要求15所述的變焦鏡頭，其特征在于該新月形凸透鏡與該新月形凹透鏡 相互接合成一體。
17.如權(quán)利要求15所述的變焦鏡頭，其特征在于該雙凸透鏡是一非球面透鏡。
18.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該第四透鏡組是由一新月形凸透鏡構(gòu) 成，其凸面朝向物方。
19.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于該變焦鏡頭滿足以下條件式 1.78 < EFL/ (fG2+fG3) < 14.58，其中，fG2為第二透鏡組的有效焦距、fG3為第三透鏡組的有效焦距且EFL為變焦鏡頭 的系統(tǒng)有效焦距。
全文摘要
一種變焦鏡頭，由物方至像方于光軸上依序包含正屈光力的第一透鏡組、負(fù)屈光力的第二透鏡組、正屈光力的第三透鏡組及正屈光力的第四透鏡組。當(dāng)該變焦鏡頭由廣角端至望遠(yuǎn)程變焦時(shí)，第一透鏡組與第三透鏡組皆向物方移動(dòng)，第二透鏡組則先向像方移動(dòng)再向物方移動(dòng)，使第一透鏡組與第二透鏡組之間的第一可變間距增大，而第二透鏡組與第三透鏡組之間的第二可變間距則縮小；第四透鏡組亦可沿光軸移動(dòng)，使第三透鏡組與第四透鏡組之間的第三可變間距發(fā)生變化；第三透鏡組與第四透鏡組中皆包含有至少一非球面表面。本發(fā)明變焦鏡頭可滿足高變焦倍率及高解像力的光學(xué)性能要求，并可縮短鏡頭全長(zhǎng)及縮小鏡頭體積。
文檔編號(hào)G02B15/16GK101995645SQ20091016688
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者賈碩頎 申請(qǐng)人:亞洲光學(xué)股份有限公司