变焦镜头的制作方法

本发明与光学镜头有关；特别是指一种变焦镜头。
背景技术：
：近年来半导体技术的快速进步，使得如监视器等光学器材所成像的画面愈来愈细致，连带使得上述光学器材的镜头所适用的分辨率和画素的要求也跟着提升，更详而言之，当镜头短焦时要求具有广视角，且亦需满足低制造成本以及轻薄短小依旧的需求。除此之外，上述光学器材于白天时，其镜头系以可见光作为影像撷取时的光源，而到夜晚时，则会改以近红外光作为影像撷取的光源，但由于某些设置场所的环境光过于昏暗，为了使成像后的画面有足够亮度，所以上述光学器材的镜头通常都需要满足大光圈的设计，并同时配合将两镜群分别设置于光圈前后的架构设计，祈以达到变焦与前述的光学需求(如美国专利US8395847、US8184379、USB085474、US7652827等)。然而，上述专利的设计都是应用于片幅(imageformat)1/3英时至1/2.7英寸的光学感光元件。但当现今光学感光元件使用的画素超过5百万时，由于单一画素尺寸(pixelsize)再小将会造成感亮度不佳，所以光学感光元件的设计片幅会变大，但片幅增大后，通常为了好设计、制造，镜头体积则会跟着放大，造成制作成本也跟着变高，而与市场的需求背道而驰。是以，由上述说明可知悉，市场的应用往高画素的高阶应用发展时，现有变焦镜头的设计仍未臻完善，无法有效地满足市场需求，而仍有待改进之虞。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的用于提供一种可从广角端到摄远程皆有大光圈特色的变焦镜头，并可适用于如1/2英时的大尺寸光学感光元件，且其镜头体积仍能保持轻薄短小，而总长与现有的镜头设计相仿，且同时能达到矫正可见光至红外光的像差，还能保持高解度和大光圈，同时具有容易制造、组装的优点。缘以达成上述目的，本发明所提供变焦镜头包含有由一物侧至一像侧且沿一光轴依序排列的一第一镜群、一光圈以及一第二镜群。其中，该第一镜群具有负屈光力，且由该物侧至该像侧依序排列的一第一镜片、一第二镜片以及一第三镜片所组成；该第一镜片具有负屈光力；该第二镜片具有负屈光力；该第三镜片具有正屈光力，且与该第二镜片胶黏形成一具有负屈光力的胶合透镜；此外，该第一镜片、该第二镜片与该第三镜片可于该物侧及该光圈之间沿该光轴同步移动。该第二镜群具有正屈光力，且由该物侧至该像侧依序排列的一第四镜片、一第五镜片、一第六镜片、一第七镜片、一第八镜片以及一第九镜片所组成；该第四镜片具有正屈光力；该第五镜片具有负屈光力；该第六镜片具有正屈光力，且与该第五镜片胶黏形成一具有负屈光力的胶合透镜；该第七镜片具有正屈光力；该第八镜片具有负屈光力；该第九镜片具有正屈光力；此外，该第四镜片、该第五镜片、该第六镜片、该第七镜片、该第八镜片以及该第九镜片可于该光圈及该像侧之间沿该光轴同步移动。如此一来，透过上述的镜头设计，便可在镜头体积仍能保持轻薄短小，而总长与现有的镜头设计相仿，且可适用于如1/2英时的大尺寸光学感光元件，并同时能达到矫正可见光至红外光的像差，还能保持高解度和大光圈，且同时具有容易制造、组装的优点。附图说明图1A为第一实施例变焦镜头于广角端的镜片架构图；图1B为第一实施例变焦镜头于摄远程的镜片架构图；图2A为第一实施例于广角端的畸变图；图2B为第一实施例于广角端的场曲图；图2C为第一实施例于广角端的纵向球差图；图2D为第一实施例于摄远程的畸变图；图2E为第一实施例于摄远程的场曲图；图2F为第一实施例于摄远程的纵向球差图；图3A为第二实施例变焦镜头于广角端的镜片架构图；图3B为第二实施例变焦镜头于摄远程的镜片架构图；图4A为第二实施例于广角端的畸变图；图4B为第二实施例于广角端的场曲图；图4C为第二实施例于广角端的纵向球差图；图4D为第二实施例于摄远程的畸变图；图4E为第二实施例于摄远程的场曲图；图4F为第二实施例于摄远程的纵向球差图；图5A为第三实施例变焦镜头于广角端的镜片架构图；图5B为第三实施例变焦镜头于摄远程的镜片架构图；图6A为第三实施例于广角端的畸变图；图6B为第三实施例于广角端的场曲图；图6C为第三实施例于广角端的纵向球差图；图6D为第三实施例于摄远程的畸变图；图6E为第三实施例于摄远程的场曲图；图6F为第三实施例于摄远程的纵向球差图；图7A为第四实施例变焦镜头于广角端的镜片架构图；图7B为第四实施例变焦镜头于摄远程的镜片架构图；图8A为第四实施例于广角端的畸变图；图8B为第四实施例于广角端的场曲图；图8C为第四实施例于广角端的纵向球差图；图8D为第四实施例于摄远程的畸变图；图8E为第四实施例于摄远程的场曲图；图8F为第四实施例于摄远程的纵向球差图；图9A为第五实施例变焦镜头于广角端的镜片架构图；图9B为第五实施例变焦镜头于摄远程的镜片架构图；图10A为第五实施例于广角端的畸变图；图10B为第五实施例于广角端的场曲图；图10C为第五实施例于广角端的纵向球差图；图10D为第五实施例于摄远程的畸变图；图10E为第五实施例于摄远程的场曲图；图10F为第五实施例于摄远程的纵向球差图。需说明的是，上列的畸变图、场曲图以及纵向球差图，皆是于光线波长为587纳米时所得的光学仿真数据图。【符号说明】1～5变焦镜头G1第一镜群L1第一镜片L2第二镜片L3第三镜片L23胶合透镜ST光圈G2第二镜群L4第四镜片L5第五镜片L6第六镜片L56胶合透镜L7第七镜片L8第八镜片L9第九镜片Z光轴具体实施方式为能更清楚地说明本发明，兹举以下实施例并配合图示详细说明如后，并请参图1A及图1B、图3A及图3B、图5A及图5B、图7A及图7B、图9A及图9B所示，分别为本发明第一至第五实施例的变焦镜头1～5于广角端与摄远程时的镜片架构，其中：所述变焦镜头1～5分别包含有由一物侧至一像侧且沿一光轴Z依序排列的一第一镜群G1、一光圈ST以及一第二镜群G2。另外，依使用上的需求，所述变焦镜头1～5的中(如光圈位置、该第二镜群G2与该像侧之间等)还可设置有一滤光片(OpticalFilter)，以滤除掉不必要的噪声光，而可达到提升光学效能的目的。当然，滤光片的位置可依不同设计需求改变，而不以上述内容为限。其中：该第一镜群G1具有负屈光力，且由该物侧至该像侧依序排列的一第一镜片L1、一第二镜片L2以及一第三镜片L3所组成，且该第一镜群G1的该第一镜片L1、该第二镜片L2与该第三镜片L3可于该物侧及该光圈ST之间沿该光轴Z同步移动。更详而言之，该第一镜片L1为具有负屈光力的凸凹透镜，且其凸面S1朝向该物侧，而凹面S2朝向该像侧。该第二镜片L2为具有负屈光力的双凹透镜。该第三镜片L3为具有正屈光力的凸凹透镜，且其凸面S4朝向该物侧并与该第二镜片L2朝向该像侧的凹面S4黏合，而形成一具有负屈光力的胶合透镜L23，且值得一提的是，透过上述将负屈光力的该第二镜片L2与正屈光力的该第三镜片L3黏合并排列于该第一镜片L1之后的设计，可有效地达到消除第一镜群G1所造成的轴上色差(Axialchromaticaberration)的效果。该第二镜群G2具有正屈光力，且由该物侧至该像侧依序排列的一第四镜片L4、一第五镜片L5、一第六镜片L6、一第七镜片L7、一第八镜片L8以及一第九镜片L9所组成，且该第二镜群G2的该第四镜片L4、该第五镜片L5、该第六镜片L6、该第七镜片L7、该第八镜片L8以及该第九镜片L9可于该光圈ST及该像侧之间沿该光轴Z同步移动，藉以调整各该变焦镜头1～5的成像放大率，以使各该变焦镜头1～5呈现广角端(Wide)至摄远程(Telephoto)的倍率变化。此外，当该些变焦镜头1～5调整放大倍率，而驱使该第二镜群G2在该像侧与该光圈ST之间沿该光轴Z移动时，该些变焦镜头1～5会因光学倍率改变而出现成像面偏移的情形，移动该第一镜群G1可达到成像面校正的效果。更详而言之，该第四镜片L4为具有正屈光力的双凸透镜，且其二镜面S7、S8皆为非球面表面。该第五镜片L5为具有负屈光力的凸凹透镜，且其凸面S9朝向该物侧，而凹面S10则朝向该像侧。该第六镜片L6为具有正屈光力的双凸透镜，且朝向该物侧的凸面S10与该第五镜片L5朝向该像侧的凹面S10黏合，形成一具有负屈光 力的胶合透镜L56，而于此处设计该胶合透镜L56的目的，在于可透过该胶合透镜L56镜片结构的光学效果有效地抑制第二镜群G2所产生的轴上色差。该第七镜片L7为具有正屈光力的凸凹透镜，且其凸面S13朝向该像侧，而凹面S12朝向该物侧。值得一提的是，于正屈光力的第六镜片L6后再排列设计同样具有正屈光力的第七镜片L7的设计目的，在于可有效地分担第六镜片L6于光学系统中的屈光力(diopter)，除可加强抑制像差外，还可避免第六镜片L6因屈光力过大导致镜片过于弯折(overbending)的情形，进而可有效地降低该第六镜片L6的制造难度、并可提升该变焦镜头1～5组装时的误差容许值。该第八镜片L8为具有负屈光力的凸凹透镜，且其凸面S14朝向该物侧，而凹面S15朝向该像侧。该第九镜片L9为具有正屈光力的凸凹透镜，且其凸面S16朝向该物侧，而凹面S17朝向该像侧，且其二镜面S16、S17皆为非球面表面。为有效提升该变焦镜头1～5的光学效能，本发明第一至第五实施例的变焦镜头1～5各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R、各镜面与下一镜面(或成像面)于光轴Z上的距离D、各镜片的折射率Nd、各镜片的阿贝系数Vd、以及各该变焦镜头1～5于广角端及摄远程时的有效焦距F、孔径系数与可视角FOV(2ω)，依序如表一至表五所示：表一表二表三表四表五另外，各实施例的该变焦镜头1～5的各个透镜中，所述非球面表面S7、S8、S16及S17的表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20]]>其中：z：非球面表面的凹陷度；c：曲率半径的倒数；h：表面的离轴半高；k：圆锥系数；A～J：表面的离轴半高h的各阶系数。本发明第一至第五实施例的变焦镜头1～5的各个非球面表面S7、 S8、S16及S17的非球面系数k及各阶系数A～J，依序如表六至表十所示：表六表面S7S8S16S17K-0.138474-31.2728720.2348387.893315A-0.544808E-04-0.880676E-04-0.503960E-03-0.478494E-04B-0.215397E-050.454072E-050.924699E-04-0.232453E-04C0.646151E-060.141997E-05-0.319191E-040.839586E-05D-0.875376E-07-0.408980E-060.547581E-05-0.127910E-05E0.761707E-080.491724E-07-0.574897E-060.820410E-07F-0.417598E-09-0.316300E-080.370587E-07-0.108783E-08G0.134290E-100.113039E-09-0.143630E-08-0.132746E-09H-0.226067E-12-0.211235E-110.305605E-100.641355E-11J0.151567E-140.160880E-13-0.274574E-12-0.866017E-13表七表面S7S8S16S17K-0.5136428.0165460.24535413.390444A0.365372E-020.572497E-02-0.217232E-01-0.209672E-01B-0.233783E-02-0.339488E-020.153173E-010.221801E-01C0.619799E-030.821513E-03-0.446234E-02-0.924364E-02D-0.862037E-04-0.105136E-030.702758E-030.200316E-02E0.697377E-050.788006E-05-0.669465E-04-0.251754E-03F-0.340360E-06-0.358354E-060.401634E-050.190487E-04G0.987865E-080.973878E-08-0.149904E-06-0.856074E-06H-0.157029E-09-0.145567E-090.320136E-080.210562E-07J0.105265E-110.921010E-12-0.299817E-10-0.218344E-09表八表面S7S8S16S17K-0.287487-29.0781130.3709578.149836A-0.444445E-03-0.366634E-030.419421E-020.812727E-04B0.325135E-030.207478E-03-0.421990E-02-0.118150E-02C-0.942099E-04-0.651024E-040.149502E-020.569220E-03D0.142162E-040.105461E-04-0.278494E-03-0.105259E-03E-0.123793E-05-0.981564E-060.302812E-040.821031E-05F0.646011E-070.545468E-07-0.199242E-05-0.106687E-06G-0.199454E-08-0.178842E-080.781556E-07-0.223650E-07H0.335937E-100.319210E-10-0.168246E-080.128488E-08J-0.237899E-12-0.239172E-120.152978E-10-0.214082E-10表九表十表面S7S8S16S17K-0.057802-38.2379480.3814007.510150A-0.108825E-02-0.925117E-030.504424E-02-0.255612E-01B0.773173E-030.687816E-03-0.778654E-020.245535E-01C-0.206412E-03-0.195254E-030.374219E-02-0.967539E-02D0.289242E-040.292236E-04-0.886427E-030.206324E-02E-0.236020E-05-0.255010E-050.117839E-03-0.263113E-03F0.116248E-060.134432E-06-0.923403E-050.206674E-04G-0.340625E-08-0.421889E-080.423522E-06-0.980342E-06H0.546793E-100.725740E-10-0.105177E-070.257489E-07J-0.370254E-12-0.526846E-120.109217E-09-0.287411E-09另外，除上述光学规格外，所述变焦镜头1～5配合下列条件式的设计，还可让影像达到较佳的成像质量，进而可有效地达到缩小镜头体积、广角以及降低光学畸变的效果：(1)-1.2＜F/f1＜-0.4；(2)Vd6＞63；(3)Vd6-Vd5＞40；(4)Vd9＞63；其中，F为该变焦镜头1～5的焦距；f1为该第一镜群G1的焦距；Vd5为该第五镜片L5的阿贝系数；Vd6为该第六镜片L6的阿贝系数；Vd9为该第九镜片L9的阿贝系数。而上述条件式的设计目的，在于若所述变焦镜头1～5满足(1)式时，则可有效地缩小系统的体积，并可有效地抑制像差。更详细地，若所述 变焦镜头1～5超出(1)式的上限，其第一镜群G1的屈光力将会变的过弱，使得变焦过程所需移动的行程变长，而不利于缩小系统体积。反之，若低于(1)式的下限，该第一镜群G1的屈光力将变的过强，而无法有效地抑制像差。另外，若所述变焦镜头1～5无法满足(2)、(3)式，则会造成轴上色差的抑制效果不彰，且可见光至红外波段的像差也会放大，进而造成镜头成像质量不佳。此外，若该第九镜片L9的阿贝系数低于(4)式的范围，则色差会表现的较差。因此，透过(4)式的设计并配合第九镜片L9的结构，将可有效地消除光学系统于接近成像面时的各种像差，而可使所述变焦镜头1～5的光学性能可以满足百万画素的光学感光元件的光学需求。而本发明第一至第五实施例的变焦镜头1～5于上述条件的详细数据如表十一所示：表十一如此一来，请参阅图2A至图2C，可知悉第一实施例的该变焦镜头1通过上述设计，于广角端时的成像质量上也可达到要求，其中，由图2A可看出，该变焦镜头1的最大畸变量不超过-100％以及0％。由图2B可看出，该变焦镜头1的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm。由图2C可看出，该变焦镜头1的最大纵向球差不超过-0.20mm与0.10mm。此外，参阅图2D至图2F，可知悉第一实施例的该变焦镜头1通过上述设计，于摄远程时的成像质量上也可达到要求，其中，由图2D可 看出，该变焦镜头1的最大畸变量不超过-50％以及0％。由图2E可看出，该变焦镜头1的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm。由图2F可看出，该变焦镜头1的纵向球差不超过-0.10mm与0.10mm。续参阅图4A至图4C，可知悉第二实施例的该变焦镜头2通过上述设计，于广角端时的成像质量上也可达到要求，其中，由图4A可看出，该变焦镜头2的最大畸变量不超过-100％以及0％。由图4B可看出，该变焦镜头2的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm；由图4C可看出，该变焦镜头2的最大纵向球差不超过-0.10mm与0.10mm。此外，参阅图4D至图4F，可知悉第二实施例的该变焦镜头2通过上述设计，于摄远程时的成像质量上也可达到要求，其中，由图4D可看出，该变焦镜头2的最大畸变量不超过-50％以及0％。由图4E可看出，该变焦镜头2的最大场曲不超过-0.20mm及0.10mm。由图4F可看出，该变焦镜头2的纵向球差不超过0mm与0.10mm。续参阅图6A至图6C，可知悉第三实施例的该变焦镜头3通过上述设计，于广角端时的成像质量上也可达到要求，其中，由图6A可看出，该变焦镜头3的最大畸变量不超过-100％以及0％。由图6B可看出，该变焦镜头3的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm。由图6C可看出，该变焦镜头3的最大纵向球差不超过-0.10mm与0.10mm。此外，参阅图6D至图6F，可知悉第三实施例的该变焦镜头3通过上述设计，于摄远程时的成像质量上也可达到要求，其中，由图6D可看出，该变焦镜头3的最大畸变量不超过-50％以及0％。由图6E可看出，该变焦镜头3的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm。由图6F可看出，该变焦镜头3的纵向球差不超过0mm与0.10mm。续参阅图8A至图8C，可知悉第四实施例的该变焦镜头4通过上述设计，于广角端时的成像质量上也可达到要求，其中，由图8A可看出，该变焦镜头4的最大畸变量不超过-100％以及0％。由图8B可看出，该变焦镜头4的最大场曲不超过-0.20mm及0.20mm。由图8C可看出，该变焦镜头4的最大纵向球差不超过0mm与0.10mm。此外，参阅图8D至图8F，可知悉第四实施例的该变焦镜头4通过上述设计，于摄远程时的成像质量上也可达到要求，其中，由图8D可 看出，该变焦镜头4的最大畸变量不超过-50％以及0％。由图8E可看出，该变焦镜头4的最大场曲不超过-0.20mm及0.10mm。由图8F可看出，该变焦镜头4的纵向球差不超过0mm与0.10mm。续参阅图10A至图10C，可知悉第五实施例的该变焦镜头5通过上述设计，于广角端时的成像质量上也可达到要求，其中，由图10A可看出，该变焦镜头5的最大畸变量不超过-100％以及0％。由图10B可看出，该变焦镜头5的最大场曲不超过-0.10mm及0.20mm。由图10C可看出，该变焦镜头5的最大纵向球差不超过-0.10mm与0.10mm。此外，参阅图10D至图10F，可知悉第五实施例的该变焦镜头5通过上述设计，于摄远程时的成像质量上也可达到要求，其中，由图10D可看出，该变焦镜头5的最大畸变量不超过-50％以及0％。由图10E可看出，该变焦镜头5的最大场曲不超过-0.10mm及0.10mm。由图10F可看出，该变焦镜头5的纵向球差不超过0mm与0.10mm。综上所述，本发明的该变焦镜头1～5，透过上述的镜片结构与镜片材质与光学条件式的设计，便可从广角端到摄远程皆有大光圈的效果，并可适用于如1/2英时的大尺寸光学感光组件，且其镜头体积仍能保持轻薄短小，并同时能达到矫正可见光至红外光的像差，还能保持高解度和大光圈，并同时具有容易制造、组装的优点。而必须说明的是，以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，并不以上述实施例的内容为限，且举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。当前第1页1 2 3