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，尤其是指一種小型化、高倍率、高分辨率的變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
近年來隨著照相、攝影等光學(xué)技術(shù)與數(shù)碼技術(shù)的快速整合，照相手機、小型數(shù)碼相機及小型家用攝影機等新產(chǎn)品層出不窮，并越來越成為現(xiàn)代社會人們工作及生活中不可缺少的用品。作為這類產(chǎn)品的關(guān)鍵組件之一的光學(xué)鏡頭，既要符合小型化及輕量化，也要滿足高變焦倍率及高解像力的要求。通常，高變焦倍率鏡頭是以多群鏡片組、多枚鏡片，較長的鏡頭長度型式來達成，并加入特殊低色散鏡片及非球面鏡片來達到解像力的要求。
在變焦鏡頭中，在謀求整個鏡頭系統(tǒng)的小型化的同時，為獲得所期望的變焦倍率，得到整個變焦范圍良好的光學(xué)特性，需要適當(dāng)設(shè)定各透鏡組中鏡片的構(gòu)成形態(tài)和方式。在變焦鏡頭中，若加強透鏡組的屈光度，則變焦時各透鏡組的移動量就變小，從而可縮短整個鏡頭的長度。然而增加各透鏡組的屈光度，也會造成像差波動隨著變焦進程變大且難以進行良好的修正的問題。因此，對于小型化變焦鏡頭來說，如何做到既保持高的光學(xué)性能，又盡可能地簡化光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成，這確是變焦鏡頭設(shè)計領(lǐng)域中令設(shè)計者頭痛的一個難題。
產(chǎn)業(yè)界中目前已有許多小型變焦鏡頭的設(shè)計方案，例如日本美能達(Minolta)公司公告于1993年2月9日的美國專利第5,185,678號及與該美國專利的發(fā)明內(nèi)容相一致的日本特許第3044757號，揭示了一種由五組透鏡組構(gòu)成的變焦鏡頭，其自物方至成像面依次為正、負、正、正、正屈光度的第一至第五透鏡組，每個透鏡組又分別由若干單鏡片或復(fù)合鏡片構(gòu)成，整個鏡頭包含大約16至20片光學(xué)鏡片。而日本佳能(Canon)公司獲準公告于2000年5月9日的美國專利第6,061,186號，也揭示了一種具有正、負、正、正、負屈光度的五透鏡組的變焦鏡頭，通過改變各透鏡組之間的距離而達到遠、近視角拍攝的焦距調(diào)整。該變焦鏡頭中各透鏡組是由若干個單鏡片或復(fù)合鏡片構(gòu)成，整個鏡頭包含大約17至19片光學(xué)鏡片。由于上述已知變焦鏡頭中所使用的鏡片均超過16片以上，除造成鏡頭成本增加以外，鏡頭重量過大也是嚴重的困擾因素之一。
因此，確有必要開發(fā)一種光學(xué)系統(tǒng)相對簡化、尺寸較小并具有高的光學(xué)性能的微型化光學(xué)變焦鏡頭。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種變焦鏡頭，其光學(xué)系統(tǒng)相對簡化，鏡片數(shù)目較少且結(jié)構(gòu)緊湊，光學(xué)成像性能優(yōu)良，并具有高變焦倍率及高解像力。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種變焦鏡頭，其從物方到像方依次包括正屈光度的第一透鏡組、負屈光度的第二透鏡組、正屈光度的第三透鏡組、正屈光度的第四透鏡組及正屈光度的第五透鏡組，其中作為收光群組的第一透鏡組及作為固定群組的第三透鏡組位置固定，用于變焦的第二透鏡組、提供像差補償?shù)牡谒耐哥R組及用于對焦的第五透鏡組的位置可移動，當(dāng)鏡頭從廣角端狀態(tài)至遠攝端狀態(tài)變焦時，第二透鏡組向第三透鏡組移動，第一透鏡組與第二透鏡組的間距增大，而第四透鏡組亦向第三透鏡組移動，第三透鏡組與第四透鏡組的間距減小。
依據(jù)本發(fā)明的目的提供的變焦鏡頭，其滿足如下關(guān)系式0.75≤2·fW·fTY·L≤1.35---(a-1)]]>式a-1中，fW是廣角端的焦距，fT是望遠程的焦距，Y為成像面對角最大長度，L為鏡頭總長度，亦即從最靠近物方一側(cè)的第一片鏡片的第一面至成像面的長度。
依據(jù)本發(fā)明的目的提供的變焦鏡頭，其中第四透鏡組與第二透鏡組之間滿足下列關(guān)系式2.3≤|f4f2|≤3.9---(a-2)]]>其中，f2是第二透鏡組的焦距，f4是第四透鏡組的焦距。
依據(jù)本發(fā)明的目的提供的變焦鏡頭，其中，第二透鏡組包含有至少一個非球面鏡。
依據(jù)本發(fā)明之目的所提供之變焦鏡頭，其中，第四透鏡組包含有至少一個非球面鏡。
依據(jù)本發(fā)明的目的提供的變焦鏡頭，其中，進行調(diào)焦時第五透鏡組是向物體一側(cè)方向移動并向第四透鏡組靠近，使第四、五透鏡組間的距離減小。
依據(jù)本發(fā)明的目的提供的變焦鏡頭，其中非球面的表面形狀可由下列公式表達D=C·H21+1-(1+K)·C2·H2+E4·H4+E6·H6+E8·H8+E10·H10]]>與已知技術(shù)相比，本發(fā)明變焦鏡頭采用五組透鏡組結(jié)構(gòu)，并使第一透鏡組及第三透鏡組的位置固定不變，藉由改變第二透鏡組及第四透鏡組的位置而達到變焦效果，并借由第五透鏡組位置的調(diào)整進行調(diào)焦，確保成像清晰。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，變焦鏡頭可達到高變焦倍率、高解像力的光學(xué)效果，并可以有效矯正像差而確保影像質(zhì)量良好，而且整個變焦鏡頭的鏡片數(shù)目可減少至12片，結(jié)構(gòu)緊湊，減輕了鏡頭的總體重量并降低成本。
圖1是本發(fā)明變焦鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
圖2A至圖2D是本發(fā)明依據(jù)第一數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于廣角端時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖3A至圖3D是本發(fā)明依據(jù)第一數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于中間位置狀態(tài)時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖4A至圖4D是本發(fā)明依據(jù)第一數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于遠攝端時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖5A至圖5C是本發(fā)明依據(jù)第一數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，分別處于廣角端狀態(tài)、中間位置狀態(tài)及遠攝端狀態(tài)時的彗差曲線圖。
圖6A至圖6D是本發(fā)明依據(jù)第二數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于廣角端時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖7A至圖7D是本發(fā)明依據(jù)第二數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于中間位置狀態(tài)時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖8A至圖8D是本發(fā)明依據(jù)第二數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，處于遠攝端時的球面收差、歪曲收差、非點收差及倍率色收差等像差曲線圖。
圖9A至圖9C是本發(fā)明依據(jù)第二數(shù)值實施例實施的變焦鏡頭，分別處于廣角端狀態(tài)、中間位置狀態(tài)及遠攝端狀態(tài)時的彗差曲線圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示本發(fā)明變焦鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，該變焦鏡頭從物方到像方依次包括正屈光度的第一透鏡組1、負屈光度的第二透鏡組2、正屈光度的第三透鏡組3、正屈光度的第四透鏡組4及正屈光度的第五透鏡組5。其中，第一透鏡組1包含由第一鏡片101及第二鏡片102組合而成的復(fù)合透鏡10及一個單一第二透鏡11，該第一透鏡組1可以采用塑料或玻璃材質(zhì)模造成型，被固定于鏡頭的最前端用于收光。在具體實施中，第一透鏡組1中的透鏡10、11面向物方一側(cè)的第一表面均是向物方一側(cè)凸出，相對另一側(cè)的第二表面則是向物方凹陷，使本發(fā)明變焦鏡頭在廣角狀態(tài)時具有適當(dāng)大的視角。
第二透鏡組2用于改變鏡頭焦距，其包含一負屈光度的第一透鏡21、負屈光度的第二透鏡22及正屈光度的第三透鏡23，該第二透鏡組2可采用玻璃材質(zhì)，也可采用塑料材質(zhì)。該第二透鏡組2的第一、二及三透鏡21、22及23中，至少包含有一個非球面鏡。
第三透鏡組3是作為本發(fā)明變焦鏡頭中的固定系，是由一凸一凹兩片透鏡31、32接合而成，且該第三透鏡組3中含有光闌構(gòu)造(未標示)以控制入射光量。
第四透鏡組4是作為本發(fā)明變焦鏡頭中的補償系，用以補償變焦所造成的成像面6位置的變動，確保成像面6的位置始終固定不變，使變焦后入射光線仍可在固定位置的成像面6上聚焦而獲得清晰影像。該第四透鏡組4自物方至像方依次包含兩個正透鏡41、42及一負透鏡43，且該正透鏡41、42及負透鏡43中包含有至少一個非球面鏡，借以改善像面彎曲與非點收差，使變焦鏡頭可以獲得良好的解像。
第五透鏡組5是一正屈光度的凸透鏡，當(dāng)變焦鏡頭對焦作動(focusing)時，該第五透鏡組5是往物體一側(cè)方面移動，接近第四透鏡組，使第四、五透鏡組4、5之間的間距減少。該第五透鏡組5也可兼作補正系使用，與第二、四透鏡組2、4同時移動完成變焦后，再單獨作對焦移動。
本發(fā)明是通過改變第二透鏡組2及第四透鏡組4與第三透鏡組3的間距而進行變焦，具體說，當(dāng)鏡頭從廣角端狀態(tài)向遠攝端狀態(tài)變焦時，第二透鏡組2向第三透鏡組3移動，第一透鏡組1與第二透鏡組2的間距增大，而第四透鏡組4也向第三透鏡組3移動，第三透鏡組3與第四透鏡組4的間距減小。變焦完成后調(diào)整第五透鏡組5的位置進行對焦。
本發(fā)明變焦鏡頭雖然包含5組透鏡組，但所使用的鏡片數(shù)目相對少而且結(jié)構(gòu)緊湊，采用內(nèi)部變焦方式，其總體長度保持不變。為此，本發(fā)明變焦鏡頭滿足如下關(guān)系式0.75≤2·fW·fTY·L≤1.35---(a-1)]]>上述式a-1中，fW是廣角端的焦距，fT是望遠程的焦距，Y為成像面對角最大長度，L為鏡頭總長度，亦即從最靠近物方一側(cè)的第一片鏡片的第一面至成像面的長度。
另外，本發(fā)明變焦鏡頭的第四透鏡組4與第二透鏡組2之間滿足下列關(guān)系式2.3≤|f4f2|≤3.9---(a-2)]]>式a-2中，f2是第二透鏡組之焦距，f4系第四透鏡組之焦距。
本發(fā)明變焦鏡頭的第二透鏡組2及第四透鏡組4中分別包含至少一面非球面，使變焦鏡頭具有較佳的像差矯正。若采用球面鏡片，則需要有足夠長的空間來設(shè)置復(fù)合透鏡以矯正變焦時的像差。非球面可用下列公式表示D=C·H21+1-(1+K)·C2·H2+E4·H4+E6·H6+E8·H8+E10·H10]]>其中，D為沿光軸方向在高度為H的位置以表面頂點作參考距光軸的位移值；K為錐度常量；C＝1/R，R表示傍軸曲率半徑；E4、E6、E8、E10為高階非球面系數(shù)。
對上述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，可依照下列數(shù)值實施例具體實施第一數(shù)值實施例
其中非球面的各項數(shù)值
依據(jù)上述第一數(shù)值實施例所實施的本發(fā)明變焦鏡頭，第二透鏡組2中第一透鏡21為單面非球面鏡片，第三透鏡23為單面非球面鏡片，第四透鏡組4中的正透鏡41也是單面非球面鏡片。圖2A至圖5C顯示了本發(fā)明依據(jù)上述第一數(shù)值實施例獲得的變焦鏡頭在變焦倍率為10X時，不同狀態(tài)下的像差曲線。
本發(fā)明變焦鏡頭還可依據(jù)以下第二數(shù)值實施例具體實施第二數(shù)值實施例
其中非球面的各項數(shù)值
依據(jù)上述第二數(shù)值實施例所實施的本發(fā)明變焦鏡頭，第二透鏡組2中第一透鏡21為單面非球面鏡片，第三透鏡23為單面非球面鏡片，第四透鏡組4中的正透鏡41也是單面非球面鏡片。圖6A至圖9C顯示了本發(fā)明依據(jù)第二數(shù)值實施例獲得的變焦鏡頭在變焦倍率為6X時，不同狀態(tài)下的像差曲線。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，其特征在于所述變焦鏡頭從物方到像方依次包括正屈光度的第一透鏡組、負屈光度的第二透鏡組、正屈光度的第三透鏡組、正屈光度的第四透鏡組及正屈光度的第五透鏡組，其中作為收光群組的第一透鏡組及作為固定群組的第三透鏡組位置固定，用于變焦的第二透鏡組、提供像差補償?shù)牡谒耐哥R組及用于對焦的第五透鏡組的位置可移動，當(dāng)鏡頭從廣角端狀態(tài)向遠攝端狀態(tài)變焦時，第二透鏡組向第三透鏡組移動，第一透鏡組與第二透鏡組的間距增大，而第四透鏡組亦向第三透鏡組移動，第三透鏡組與第四透鏡組的間距減小。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組包含有至少一面非球面。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第四透鏡組中包含有至少一面非球面。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于所述鏡頭滿足如下關(guān)系式0.75≤2·fW·fTT·L≤1.35]]>其中，fW是廣角端的焦距，fT是望遠程的焦距，Y為成像面對角最大長度，L為鏡頭總長度，亦即從最靠近物方一側(cè)的第一片鏡片的第一面至成像面的長度。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于第四透鏡組與第二透鏡組之間滿足下列關(guān)系式2.3≤|f4f2|≤3.9]]>其中，f2是第二透鏡組的焦距，f4是第四透鏡組的焦距。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第一透鏡組包含由第一鏡片及第二鏡片組合而成的復(fù)合透鏡及一個單一第二透鏡。
7.如權(quán)利要求1或6所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組包含一負屈光度的第一透鏡、負屈光度的第二透鏡及正屈光度的第三透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第三透鏡組是由一凸透鏡與一凹透鏡接合而形成。
9.如權(quán)利要求8所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第四透鏡組自物方至像方依次包含兩個正透鏡及一負透鏡。
10.如權(quán)利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第五透鏡組為一凸透鏡。
11.如權(quán)利要求10所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組中的第一透鏡是單面非球面透鏡。
12.如權(quán)利要求11所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組的正透鏡是單面非球面透鏡。
13.如權(quán)利要求12所述的變焦鏡頭，其特征在于所述第四透鏡組中的正透鏡之一是單面非球面透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型化的變焦鏡頭，其從物方到像方依次包括正屈光度的第一透鏡組、負屈光度的第二透鏡組、正屈光度的第三透鏡組、正屈光度的第四透鏡組及正屈光度的第五透鏡組，其中作為收光群組的第一透鏡組及作為固定群組的第三透鏡組位置固定，用于變焦的第二透鏡組、提供像差補償?shù)牡谒耐哥R組及用于對焦的第五透鏡組位置可移動，當(dāng)鏡頭從廣角端狀態(tài)至遠攝端狀態(tài)變焦時，第二透鏡組向第三透鏡組移動，第一透鏡組與第二透鏡組之間距增大，而第四透鏡組亦向第三透鏡組移動，第三透鏡組與第四透鏡組之間距減小。
文檔編號G02B15/14GK1862307SQ20051007259
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者張裕民 申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司