变焦镜头及应用该变焦镜头的取像装置的制作方法

本发明涉及一种变焦镜头及应用该变焦镜头的取像装置。
背景技术：
：随着电子产品的轻薄短小化趋势，电子产品中的光学镜头也需要满足轻薄短小的要求。变焦镜头通常包括多个透镜组成，现有的变焦镜头中的总长度大，不能满足短小的要求。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种可以解决上述问题的变焦镜头。另，还有必要提供一种应用上述变焦镜头的取像装置。一种变焦镜头，其从物侧至像侧依次包括具有负屈光度的第一镜片群组、具有正屈光度的第二镜片群组、具有负屈光度的第三镜片群组及成像面，自物侧至像侧该第一镜片群组依次包括具有正屈光度的第一透镜及具有负屈光度的第二透镜。一种应用上述变焦镜头的取像装置。所述变焦镜头第一镜片群组包括具有正屈光度的第一透镜及具有负屈光度的第二透镜，该变焦镜头在小型化的情况下仍具有较好的视角且可获得较高的图像品质。附图说明图1a、1b及1c分别是本发明较佳实施方式的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端时的各镜头的位置关系示意图。图2a、2b及2c分别是本发明实施例1的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的场曲特性曲线图。图3a、3b及3c分别是本发明实施例1的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的畸变特性曲线图。图4a、4b及4c分别是本发明实施例1的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的倍率色差特性曲线图。图5a、5b及5c分别是本发明实施例1的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的球面像差特性曲线图。图6a、6b及6c分别是本发明实施例1的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的彗星像差特性曲线图。图7a、7b及7c分别是本发明实施例2的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的场曲特性曲线图。图8a、8b及8c分别是本发明实施例2的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的畸变特性曲线图。图9a、9b及9c分别是本发明实施例2的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的倍率色差特性曲线图。图10a、10b及10c分别是本发明实施例2的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的球面像差特性曲线图。图11a、11b及11c分别是本发明实施例2的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的彗星像差特性曲线图。图12a、12b及12c分别是本发明实施例3的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的场曲特性曲线图。图13a、13b及13c分别是本发明实施例3的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的畸变特性曲线图。图14a、14b及14c分别是本发明实施例3的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的倍率色差特性曲线图。图15a、15b及15c分别是本发明实施例3的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的球面像差特性曲线图。图16a、16b及16c分别是本发明实施例3的变焦镜头在广角端、中间区段及望远端的彗星像差特性曲线图。主要元件符号说明变焦镜头100第一镜片群组10第一透镜11第二透镜12第二镜片群组20第三透镜21第四透镜22第五透镜23第三镜片群组30第六透镜31成像面40光圈50平面透镜60第一表面s11第二表面s12第三表面s21第四表面s22第五表面s31第六表面s32第七表面s41第八表面s51第九表面s52第十表面s61第十一表面s62第十二表面s71第十三表面s72如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式请一并参阅图1～3，本发明较佳实施方式的变焦镜头100，其用于相机、手机等具有取相功能的取像装置(图未示)上。自物侧至像侧，该变焦镜头100依次包括具有负屈光度的第一镜片群组10、具有正屈光度的第二镜片群组20、具有负屈光度的第三镜片群组30、及成像面40。该变焦镜头100由广角端向望远端变化时，该第一镜片群组10、第二镜片群组20及第三镜片群组30均向物侧方向移动，以达到光学变焦的效果。自物侧至像侧，该第一镜片群组10依次包括具有正屈光度的第一透镜11及具有负屈光度的第二透镜12。自物侧至像侧，该第二镜片群组20包括具有正屈光度的第三透镜21、具有负屈光度的第四透镜22及具有正屈光度的第五透镜23，该第四透镜22与第五透镜23胶合在一起形成一胶合透镜。该第三镜片群组30包括具有负屈光度的第六透镜31。该变焦镜头100满足以下条件：θw/ttl>8，∣fg1/fw∣≥4，∣f1/f2∣≥8.5。其中，θw为该变焦镜头100的广角端的视场角(fieldofview，fov)，ttl为自该第一镜片群组10的物侧至成像面40的总长度(totallength)，fg1为第一镜片群组10的焦距，fw为变焦镜头100在广角端时的焦距。其中，条件式θw/ttl>8和∣fg1/fw∣≥4可保证变焦镜头100在小型化的情况下，仍可具有较大的视角；条件式∣f1/f2∣≥8.5可控制变焦镜头100的放大倍率及修正像差。为进一步减小变焦镜头100的ttl以实现小型化，进一步提高变焦镜头100的广角度、变焦倍率等以提高成像品质，所述变焦镜头100还满足以下条件：∣nd4-nd5∣>0.25，0.65<∣f4/v4+f5/v5∣<0.75。其中，nd4是第四透镜22的折射率，nd5是第五透镜23的折射率，f4是第四透镜22的焦距，f5是第五透镜23的焦距，v4是第四透镜22的色散系数，v5是第五透镜23的色散系数。所述变焦镜头100还满足以下条件：1.9≤∣(fg2-mg3)/fg3∣≤2.3，0.28≤∣fg2/ft∣≤0.33。其中，fg2为第二镜片群组20的焦距，mg3为第三镜片群组30由变焦镜头100的广角端变化至望远端时的移动量，fg3为第三镜片群组30的焦距，ft为变焦镜头100在望远端时的焦距。所述第一镜片群组10的第一透镜11及第二透镜12中至少有一个的材质为塑料。所述第二镜片群组20的第三透镜21、第四透镜22及第五透镜23中至少有一个的材质为塑料。所述第三镜片群组30的第六透镜31的材质为塑料。该塑料可以为常规用于透镜的树脂或高分子材料等。在一实施例中，所述第二透镜12、第三透镜21及第六透镜31的材质均为塑料，所述第一透镜11、第四透镜22及第五透镜23的材质均为玻璃。材质为塑料的镜片可有效的减小变焦镜头100的重量。请进一步参阅图1～3，所述变焦镜头100的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23及第六透镜31的中心均在光学变光镜头100的光轴oa上。当变焦镜头100在由广角端与望远端之间作变焦动作时，所述第一镜片群组10、第二镜片群组20及第三镜片群组30会沿着该光轴oa彼此相对移动，以调整变焦镜头100的的焦距，进而改变变焦镜头的倍率并修正像差。所述变焦镜头100还包括光圈50，该光圈50的中心在所述光轴oa上，且该光圈50位于第一镜片群组10与第二镜片群组20之间。该光圈50用于限制通过第一镜片群组10的光束进入第二镜片群组20的光通量，并使通过光圈50后的光束更加对称。所述光圈50可与所述第二镜片群组20一起沿该变焦镜头100的光轴移动。所述变焦镜头100还包括设置于第三镜片群组30与成像面40之间的平面透镜60，该平面透镜60是影像撷取单元的保护玻璃。所述变焦镜头100还包括滤光片(图未示)，该滤光片设置于所述第三镜片群组30与平面透镜60之间。该滤光片用于在光束在成像面40成像之前滤除不可见光。该滤光片可以为红外滤光片。所述成像面40上设置有具有光电转换功能的影像撷取单元(图未示)，该影像撷取单元用于接收穿过滤光片的光束。所述第一透镜11具有面向物侧的第一表面s11及面向像侧的第二表面s12。所述第二透镜12具有面向物侧的第三表面s21及面向像侧的第四表面s22。该第一表面s11、第二表面s12、第三表面s21及第四表面s22至少有一个为非球面表面，即所述第一镜片群组10中至少有一个非球面表面。所述第三透镜21具有面向物侧的第五表面s31及面向像侧的第六表面s32，所述第四透镜22具有面向物侧的第七表面s41，所述第四透镜22与第五透镜23胶合在一起的表面为第八表面s51，所述第五透镜23具有面向像侧的第九表面s52，该第五表面s31、第六表面s32、第七表面s41、第八表面s51及第九表面s52中至少有一个为非球面表面，即所述第二镜片群组20中至少有一个非球面表面。所述第六透镜31具有面向物侧的第十表面s61及面向像侧的第十一表面s62，该第十表面s61及第十一表面s62中个至少有一个为非球面表面，即所述第三镜片群组30中至少有一个非球面表面。所述平面镜片60具有面向物侧的第十二表面s71及与面向像侧的第十三表面s72。所述非球面表面可满足以下数学式：其中，z是在光轴oa方向的坐标值且以光传输方向为正方向；c＝1/r，r是基准球面的曲率半径；h是正交于光轴方向的坐标值且以上方为正方向，k为二次曲面常数，e4、e6、e8、e10为非球面系数。每一非球面透镜的两个非球面数学式的各项参数值或系数值可分别设定，以决定该非球面透镜的焦距。本实施例中，所述第一表面s11为面向物侧的凹面，所述第二表面s12为面向像侧的凸面，所述第三表面s21为面向物侧的凸面，所述第四表面s22为面向像侧的凹面。所述第五表面s31为面向物侧的平面，所述第六表面s32为面向像侧的平面。该第四透镜22的第七表面s41为面向物侧的凸面，该第五透镜23为双凸透镜，该第五透镜23的第九表面s52为面向像侧的凸面，该第四透镜22与第五透镜23的胶合在一起的第八表面s51即是第四透镜22的面向像侧的凹面，也是第五透镜23的面向物侧的凸面。下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。以下实施例中，变焦镜头100中，第二透镜12的第三表面s21与第四表面s22、第三透镜21的第五表面s31与第六表面s32、及第六透镜31的第十表面s61与第十一表面s62为非球面表面，即所述第二透镜12、第三透镜21及第六透镜31非球面镜片。d1为第一镜片群组10与第二镜片群组20之间的距离，d2为第二镜片群组20与第三镜片群组30之间的距离，d3为第三镜片群组30与平面透镜60之间的距离。实施例1本实施例中，变焦镜头100在广角端时的焦距fw为4.3mm，在中间区段时的焦距fm为6.69mm，在望远端时的焦距ft为12.91mm。变焦镜头100的相对孔径(fno)的范围为2.2～4.35。本实施例中，各透镜及光圈的表面的曲率半径r、厚度、折射率及阿贝数参见表一。各非球面表面的二次曲面常数k及非球面系数e4、e6、e8、e10参见表二。d1、d2及d3的数值参见表三。表一：表二：表面ke4e6e8e10s2105.503e-3-7.331e-4-9.658e-52.667e-6s22-0.0488561.646e-21.862e-49.376e-5-3.275e-5s3132.891861.032e-26.208e-43.862e-5--s32-1.96e+395.934e-36.484e-43.439e-62.358e-5s61-0.310035-1.459e-2-2.838e-31.039e-3-1.170e-4s62-3.11e+39-90496e-31.043e-3-3.695e-5--表三：位置d1d2d3广角端(mm)0.87973.87340.0200中间区段(mm)1.01073.39430.6362望远端(mm)1.13062.98371.2827本实施例的变焦镜头100在广角端、中间区段及望远端的蓝光(b，波长0.4358μm)、绿光(g，波长0.5461μm)、红光(r，波长0.6563μm)的场曲特性曲线图请参见图2a、2b及2c，畸变特性曲线图请参见图3a、3b及3c，倍率色差特性曲线图请参见图4a、4b及4c，球面像差特性曲线图请参见图5a、5b及5c，彗星像差特性曲线图请参见图6a、6b及6c。其中，t表示变焦镜头100对于正切光束(tangentialrays)的像差，s表示变焦镜头100对于弧矢光束(sagittalrays)的像差。由图2a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大场曲均控制在(-0.028mm,0.029mm)范围内。由图3a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大畸变量不超过2.2％。由图4a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大倍率色差不超过2.8μm。由图5a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大球面像差均控制在(0.028mm,0.09mm)范围内。由图6a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图2b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大场曲均控制在(0.026mm,0.041mm)范围内。由图3b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大畸变量不超过0.71％。由图4b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大倍率色差不超过1.2μm。由图5b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大球面像差均控制在(0.005mm,0.041mm)范围内。由图6b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图2c可知，变焦镜头100在望远端时的最大场曲均控制在(-0.02mm,0.052mm)范围内。由图3c可知，变焦镜头100在望远端时的最大畸变量不超过-2.1％。由图4c可知，变焦镜头100在望远端时的最大倍率色差不超过2.8μm。由图5c可知，变焦镜头100在望远端时的最大球面像差均控制在(-0.021mm,0.052mm)范围内。由图6c可知，变焦镜头100在望远端时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。实施例2本实施例中，变焦镜头100在广角端时的焦距fw为4.3mm，在中间区段时的焦距fm为6.47mm，在望远端时的焦距ft为12.91mm。变焦镜头100的相对孔径(fno)的范围为2.2～4.35。本实施例中，各透镜及光圈的表面的曲率半径r、厚度、折射率及阿贝数参见表四。各非球面表面的二次曲面常数k及非球面系数e4、e6、e8、e10参见表五。d1、d2及d3的数值参见表六。表四：表五：表六：位置d1d2d3广角端(mm)0.80963.92190.0200中间区段(mm)0.96613.44070.6246望远端(mm)1.12762.97241.3353本实施例的变焦镜头100在广角端、中间区段及望远端的蓝光(b，波长0.4358μm)、绿光(g，波长0.5461μm)、红光(r，波长0.6563μm)的场曲特性曲线图请参见图7a、7b及7c，畸变特性曲线图请参见图8a、8b及8c，倍率色差特性曲线图请参见图9a、9b及9c，球面像差特性曲线图请参见图10a、10b及10c，彗星像差特性曲线图请参见图11a、11b及11c。其中，t表示变焦镜头100对于正切光束(tangentialrays)的像差，s表示变焦镜头100对于弧矢光束(sagittalrays)的像差。由图7a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大场曲均控制在(-0.024mm,0.022mm)范围内。由图8a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大畸变量不超过-0.52％。由图9a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大倍率色差不超过2.4μm。由图10a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大球面像差均控制在(0.008mm,0.022mm)范围内。由图11a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图7b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大场曲均控制在(-0.016mm,0.038mm)范围内。由图8b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大畸变量不超过-2.56％。由图9b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大倍率色差不超过1.2μm。由图10b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大球面像差均控制在(0.006mm,0.038mm)范围内。由图11b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图7c可知，变焦镜头100在望远端时的最大场曲均控制在(-0.019mm,0.045mm)范围内。由图8c可知，变焦镜头100在望远端时的最大畸变量不超过-4.66％。由图9c可知，变焦镜头100在望远端时的最大倍率色差不超过2.9μm。由图10c可知，变焦镜头100在望远端时的最大球面像差均控制在(-0.019mm,0.045mm)范围内。由图11c可知，变焦镜头100在望远端时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。实施例3本实施例中，变焦镜头100在广角端时的焦距fw为4.24mm，在中间区段时的焦距fm为6.27mm，在望远端时的焦距ft为12.91mm。变焦镜头100的相对孔径(fno)的范围为2.2～4.3。本实施例中，各透镜及光圈的表面的曲率半径r、厚度、折射率及阿贝数参见表七。各非球面表面的二次曲面常数k及非球面系数e4、e6、e8、e10参见表八。d1、d2及d3的数值参见表九。表七：表八：表面ke4e6e8e10s210-1.17e-23.617e-42.310e-4-2.297e-5s22-6.0870-0.0094492.711e-43.729e-4-3.628e-5s311.54277.383e-21.383e-48.258e-4-1.265e-6s32-2.34e+395.888e-28.577e-4-8.893e-52.110e-5s61-4.3652-3.447e-24.830e-3-6.022e-42.797e-5s62-3.12e+39-9.120e-31.999e-3-2.110e-49.406e-6表九：位置d1d2d3广角端(mm)0.25084.08600.0200中间区段(mm)0.51733.61080.5878望远端(mm)0.72903.12231.3227本实施例的变焦镜头100在广角端、中间区段及望远端的蓝光(b，波长0.4358μm)、绿光(g，波长0.5461μm)、红光(r，波长0.6563μm)的场曲特性曲线图请参见图12a、12b及12c，畸变特性曲线图请参见图13a、13b及13c，倍率色差特性曲线图请参见图14a、14b及14c，球面像差特性曲线图请参见图15a、15b及15c，彗星像差特性曲线图请参见图16a、16b及16c。其中，t表示变焦镜头100对于正切光束(tangentialrays)的像差，s表示变焦镜头100对于弧矢光束(sagittalrays)的像差。由图12a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大场曲均控制在(-0.026mm,0.015mm)范围内。由图13a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大畸变量不超过-2.8％。由图14a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大倍率色差不超过1.8μm。由图15a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时的最大球面像差均控制在(0.013mm,0.015mm)范围内。由图16a可知，本实施例的变焦镜头100在广角端时各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图12b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大场曲均控制在(-0.011mm,0.034mm)范围内。由图13b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大畸变量不超过-4.8％。由图14b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大倍率色差不超过1.0μm。由图15b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的最大球面像差均控制在(0.002mm,0.033mm)范围内。由图16b可知，本实施例的变焦镜头100在中间区段时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。由图12c可知，变焦镜头100在望远端时的最大场曲均控制在(-0.015mm,0.034mm)范围内。由图13c可知，变焦镜头100在望远端时的最大畸变量不超过-6.6％。由图14c可知，变焦镜头100在望远端时的最大倍率色差不超过2.9μm。由图15c可知，变焦镜头100在望远端时的最大球面像差均控制在(-0.014mm,0.034mm)范围内。由图16c可知，变焦镜头100在望远端时的各视角的彗星像差为可接受皆不严重。本发明的变焦镜头100的第一镜片群组10包括具有正屈光度的第一透镜11及具有负屈光度的第二透镜12，且变焦镜头100的每一镜片群组中均包括至少一个材质为塑料的透镜，如此可以减轻变焦镜头100的重量，并降低成本。变焦镜头100的每一镜片群组中均包括至少一个非球面表面，该非球面表面可以补偿光学系统中的像差，缩短变焦镜头100的总长度。此外，所述变焦镜头100所满足的条件使其在小型化的情况下仍可保证具有较好的视角且获得较高的图像品质。另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。当前第1页12