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TWI581001B - The zoom mechanism of the zoom lens - Google Patents

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TWI581001B
TWI581001B TW105100652A TW105100652A TWI581001B TW I581001 B TWI581001 B TW I581001B TW 105100652 A TW105100652 A TW 105100652A TW 105100652 A TW105100652 A TW 105100652A TW I581001 B TWI581001 B TW I581001B
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shi-yuan Zhang
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Tan Cian Technology Co Ltd
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Description

成像變焦鏡頭之對焦機制
本發明是有關於一種成像變焦鏡頭，特別是指一種成像變焦鏡頭之對焦機制。
近年來，手機和數位相機等攜帶型電子產品的普及使得影像模組相關技術蓬勃發展，該影像模組主要包含光學成像鏡頭、模組後座單元(module holder unit)與感測器(sensor)等元件，其中光學成像鏡頭為了滿足使用者攝影需求大都配置為變焦鏡頭，其焦距可在一定的範圍內由使用者任意調整。當變焦鏡頭變焦至望遠端時，可以將遠處的物體拉近放大，當變焦鏡頭變焦至廣角端時，可以將視野擴大以容納更大範圍的影像。
然而，上述變焦鏡頭由無限遠處對焦至近處的對焦行程移動量正比於該變焦鏡頭的系統焦距，因此該變焦鏡頭在望遠端時的系統焦距最長，此時該變焦鏡頭的對焦行程移動量則是最大，相對應的對焦速度是最慢，因此在既定的變焦倍率下，如何增進該變焦鏡頭於望遠端時的對焦速度，以趨近於廣角端時的對焦速度，長久以來一直是本領域產、官、學界所熱切追求的目標。
因此，本發明之目的，即在提供一種成像變焦鏡頭之對焦機制，能增進該變焦鏡頭於望遠端時的對焦速度，以趨近於廣角端時的對焦速度。
於是，本發明成像變焦鏡頭之對焦機制，該成像變焦鏡頭由從物側至像側沿一光軸依序包含一第一透鏡群、一第二透鏡群及一第三透鏡群。
該第一透鏡群的等效焦距為正值，且包括一孔徑光欄，該第二透鏡群的等效焦距為正值，該第三透鏡群的等效焦距為負值，在對焦時，該第一透鏡群與該第二透鏡群同步移動對焦，且滿足以下條件式：
1.01＜ΔT/ΔW＜3.00；及
1.50＜ft/fw＜5.00；
其中，ΔT為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最大倍率時的對焦行程移動量，ΔW為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最小倍率時的對焦行程移動量，ft為該成像變焦鏡頭於最大倍率時的系統焦距，fw為該成像變焦鏡頭於最小倍率時的系統焦距。
本發明之功效在於：本發明對焦機制在對焦時，僅同步移動上述透鏡群中皆具有正屈光率的該第一透鏡群及該第二透鏡群，而具有負屈光率的該第三透鏡群是靜止不動，相較於移動整個成像變焦鏡頭進行對焦的對焦機制，能有效縮短對焦行程的移動量，從而能實現較快的對焦速度。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2，分別顯示本發明成像變焦鏡頭之對焦機制的一第一實施例的該成像變焦鏡頭於廣角端(wide)及望遠端(tele)時各透鏡的位置。該成像變焦鏡頭從物側至像側沿一光軸I依序包含一等效焦距為正值的第一透鏡群G1、一等效焦距為正值的第二透鏡群G2、一等效焦距為負值的第三透鏡群G3，及一濾光片8。當由一待攝物(圖未示)所發出的光線進入該成像變焦鏡頭，並經由該第一透鏡群G1、該第二透鏡群G2、該第三透鏡群G3，及該濾光片8之後，會在一成像面(Image Plane)100形成一影像。該濾光片8為紅外線濾光片(IR Cut Filter)，用於防止光線中的紅外線透射至該成像面100而影響成像品質。補充說明的是，物側是朝向該待攝物的一側，而像側是朝向該成像面100的一側。
該成像變焦鏡頭由廣角端變焦至望遠端時，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2沿著該光軸I的間距變大，該第二透鏡群G2與該第三透鏡群G3沿著該光軸I的間距變小，該第三透鏡群G3與該濾光片8的物側面81沿著該光軸I的間距變大，上述間距隨著該成像變焦鏡頭由廣角端變焦至望遠端而變動的情形，可由圖1及圖2中明顯看出。該成像變焦鏡頭的變焦時各透鏡群G1、G2、G3皆能沿該光軸I移動，使得各透鏡群G1、G2、G3的移動量變小，可縮短變焦時間。
該第一實施例的對焦機制是透過同步移動該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2進行對焦，而該第三透鏡群G3是靜止不動。在本實施例中，該成像變焦鏡頭的近拍距離為20公分，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為12.9875mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.129mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為4.9558mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.079mm。
其中，於本實施例，依序自物側至像側，該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1、一第二透鏡2及一第三透鏡3。該第二透鏡群G2包括一第四透鏡4。該第三透鏡群G3包括一第五透鏡5。該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3、該第四透鏡4、該第五透鏡5，及該濾光片8都分別具有一朝向物側且使成像光線通過之物側面11、21、31、41、51、81，及一朝向像側且使成像光線通過之像側面12、22、32、42、52、82。
此外，為了滿足產品輕量化的需求，該第一透鏡1至該第五透鏡5皆為具備屈光率且都是塑膠材質所製成，但該第一透鏡1至該第五透鏡5的材質仍不以此為限制。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第二透鏡2具有正屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第三透鏡3具有負屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第四透鏡4具有正屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凹向像側的凹面，該第五透鏡5具有負屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5具有屈光率。
圖3中的表格資料列出該第一實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數(Abbe Number)，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。
此外，上述非球面的形狀態樣是依下列公式定義：
；
其中，Y為非球面曲線上的點與光軸I的距離；Z為非球面之深度(非球面上距離光軸為Y的點，與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離)；Ｒ為透鏡表面的曲率半徑；K為錐面係數(conic constant)； 為第2i階非球面係數。然而，圖4中的表格資料列出該第一實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5的物側面11、21、31、41、51及像側面12、22、32、42、52的錐面係數及非球面係數。
圖5-1、圖5-2及圖5-3分別顯示該第一實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差(longitudinal spherical aberration)、像散場曲曲線(astigmatism field curves)及畸變像差(distortion aberration)，圖6-1及圖6-2分別顯示該第一實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，各圖中標示(a)的圖式說明該成像變焦鏡頭的縱向球差，各圖中標示(b)與(c)的圖式則分別說明該成像變焦鏡頭在該成像面上有關弧矢(sagittal)方向的像散場曲曲線，及子午(tangential)方向的像散場曲曲線，各圖中標示(d)的圖式則說明該成像變焦鏡頭在該成像面上的畸變像差。本第一實施例的各縱向球差圖式顯示每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.25mm範圍內，故本第一實施例確實明顯改善不同波長的球差，此外，三種代表波長彼此間的距離也相當接近，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，因而使色像差也獲得明顯改善。
在本第一實施例標示(b)與(c)的二種像散場曲曲線圖式中，在整個視場範圍內的焦距變化量落在±0.5mm內，說明該成像變焦鏡頭能有效消除像差。而本第一實施例標示(d)的畸變像差圖式則顯示該成像變焦鏡頭的畸變像差維持在±2%的範圍內，說明該成像變焦鏡頭的畸變像差已符合光學系統的成像品質要求。
參閱圖7及圖8，為本發明成像變焦鏡頭之對焦機制的一第二實施例，其與該第一實施例大致相似，僅該成像變焦鏡頭的各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為13.0122mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.142mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為4.9883mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.082mm。該第二實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1及一第二透鏡2，該第二透鏡群G2包括一第三透鏡3，該第三透鏡群G3包括一第四透鏡4。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第二透鏡2具有負屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第三透鏡3具有正屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第四透鏡4具有負屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4具有屈光率。
圖9中的表格資料列出該第二實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖10中的表格資料列出該第二實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42的錐面係數及非球面係數。
圖11-1、圖11-2及圖11-3分別顯示該第二實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖12-1及圖12-2分別顯示該第二實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第二實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖13及圖14，為本發明成像變焦鏡頭的一第三實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為12.9785mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.113mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為4.9402mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.075mm。該第三實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1、一第二透鏡2、一第三透鏡3及一第四透鏡4，該第二透鏡群G2包括一第五透鏡5，該第三透鏡群G3包括一第六透鏡6。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第二透鏡2具有負屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第三透鏡3具有正屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第四透鏡4具有負屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第五透鏡5具有正屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第六透鏡6具有負屈光率，且該第六透鏡6的物側面61與像側面62皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5、6具有屈光率。
圖15中的表格資料列出該第三實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖16中的表格資料列出該第三實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5、6的物側面11、21、31、41、51、61及像側面12、22、32、42、52、62的錐面係數及非球面係數。
圖17-1、圖17-2及圖17-3分別顯示該第三實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖18-1及圖18-2分別顯示該第三實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第三實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖19及圖20，為本發明成像變焦鏡頭的一第四實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為12.5516mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.132mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為4.8969mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.082mm。該第四實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1、一第二透鏡2及一第三透鏡3，該第二透鏡群G2包括一第四透鏡4、一第五透鏡5及一第六透鏡6，該第三透鏡群G3包括一第七透鏡7。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凹向像側的凹面，該第二透鏡2具有正屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凹向像側的凹面，該第三透鏡3具有負屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第四透鏡4具有負屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第五透鏡5具有正屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第六透鏡6具有正屈光率，且該第六透鏡6的物側面61與像側面62皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第七透鏡7具有負屈光率，且該第七透鏡7的物側面71與像側面72皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5、6、7具有屈光率。
圖21中的表格資料列出該第四實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖22中的表格資料列出該第四實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5、6、7的物側面11、21、31、41、51、61、71及像側面12、22、32、42、52、62、72的錐面係數及非球面係數。
圖23-1、圖23-2及圖23-3分別顯示該第四實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖24-1及圖24-2分別顯示該第四實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第三實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖25及圖26，為本發明成像變焦鏡頭的一第五實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為15.7905mm，第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.221mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為5.8311mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.115mm。該第五實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1、一第二透鏡2、一第三透鏡3及一第四透鏡4，該第二透鏡群G2包括一第五透鏡5及一第六透鏡6，該第三透鏡群G3包括一第七透鏡7。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第二透鏡2具有負屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第三透鏡3具有正屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第四透鏡4具有負屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第五透鏡5具有正屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第六透鏡6具有正屈光率，且該第六透鏡6的物側面61與像側面62皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第七透鏡7具有負屈光率，且該第七透鏡7的物側面71與像側面72皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5、6、7具有屈光率。
圖27中的表格資料列出該第五實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖28中的表格資料列出該第五實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5、6、7的物側面11、21、31、41、51、61、71及像側面12、22、32、42、52、62、72的錐面係數及非球面係數。
圖29-1、圖29-2及圖29-3分別顯示該第五實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖30-1及圖30-2分別顯示該第五實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第五實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖31及圖32，為本發明成像變焦鏡頭的一第六實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為13.7548mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.147mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為5.0085mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.093mm。該第六實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1、一第二透鏡2及一第三透鏡3，該第二透鏡群G2包括一第四透鏡4及一第五透鏡5，該第三透鏡群G3包括一第六透鏡6。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凹向像側的凹面，該第二透鏡2具有正屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第三透鏡3具有負屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第四透鏡4具有正屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第五透鏡5具有正屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第六透鏡6具有負屈光率，且該第六透鏡6的物側面61與像側面62皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5、6具有屈光率。
圖33中的表格資料列出該第六實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖34中的表格資料列出該第六實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5、6的物側面11、21、31、41、51、61及像側面12、22、32、42、52、62的錐面係數及非球面係數。
圖35-1、圖35-2及圖35-3分別顯示該第六實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖36-1及圖36-2分別顯示該第六實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第六實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖37及圖38，為本發明成像變焦鏡頭的一第七實施例，其與該第一實施例大致相似，僅各透鏡群G1、G2、G3的透鏡數量、各透鏡的光學數據、非球面係數及該等透鏡間的參數或多或少有些不同，其中，該成像變焦鏡頭於最大倍率(望遠端)時的系統焦距ft為15.3659mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最大倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔT為0.175mm，而該成像變焦鏡頭於最小倍率(廣角端)時的系統焦距fw為5.6314mm，該第一透鏡群G1與該第二透鏡群G2於最小倍率時由無限遠處對焦至近處(近拍距離)的對焦行程移動量ΔW為0.109mm。該第七實施例的該成像變焦鏡頭的該第一透鏡群G1包括一孔徑光欄9、一第一透鏡1及一第二透鏡2，該第二透鏡群G2包括一第三透鏡3及一第四透鏡4，該第三透鏡群G3包括一第五透鏡5。
該第一透鏡1具有正屈光率，且該第一透鏡1的物側面11與像側面12皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凹向像側的凹面，該第二透鏡2具有負屈光率，且該第二透鏡2的物側面21與像側面22皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面，該第三透鏡3具有正屈光率，且該第三透鏡3的物側面31與像側面32皆為非球面並分別為一凸向物側的凸面及一凸向像側的凸面，該第四透鏡4具有正屈光率，且該第四透鏡4的物側面41與像側面42皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凸向像側的凸面，該第五透鏡5具有負屈光率，且該第五透鏡5的物側面51與像側面52皆為非球面並分別為一凹向物側的凹面及一凹向像側的凹面。在本實施例中，只有上述透鏡1、2、3、4、5具有屈光率。
圖39中的表格資料列出該第七實施例的成像變焦鏡頭的詳細資料，其包含該成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端時的系統焦距，及各透鏡的曲率半徑、厚度、折射率及色散係數，以及該孔徑光欄9分別於廣角端、中間端及望遠端時的光圈值。圖40中的表格資料列出該第七實施例的成像變焦鏡頭的各透鏡1、2、3、4、5的物側面11、21、31、41、51及像側面12、22、32、42、52的錐面係數及非球面係數。
圖41-1、圖41-2及圖41-3分別顯示該第七實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端、中間端及望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，圖42-1及圖42-2分別顯示該第七實施例的成像變焦鏡頭分別於廣角端及望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差，可看出本第七實施例也能維持良好光學性能。
再配合參閱圖43，為上述七個實施例的各項光學參數的表格圖，當本發明成像變焦鏡頭中的各項光學參數間的關係式滿足下列條件式時，有較佳的光學性能表現，同時能達到較快的對焦速度：
一、該成像變焦鏡頭於最大倍率時的系統焦距ft與該成像變焦鏡頭於最小倍率時的系統焦距fw的比值越大，表示該成像變焦鏡頭的變焦倍率比值越大，則各透鏡群的移動量大，且光圈值通常也會隨之變大，造成集光效率變差，若能能滿足以下條件式1.50＜ft/fw＜5.00，能使得該成像變焦鏡頭能具有適當的變焦倍率比值，且光圈值能維持一定大小以具有良好的集光效率，較佳地限制為2.30＜ft/fw＜3.00。
二、本發明成像變焦鏡頭之對焦機制藉由不讓具有負屈光率的第三透鏡群G3加入對焦，只同步驅動具有正屈光率的第一透鏡群G1和第二透鏡群G2進行對焦，目的就是讓進行移動對焦的透鏡群的焦距越短，其對焦行程移動量就越短，相對的對焦速度就越快。若能滿足以下條件式1.01 ＜ ΔT / ΔW ＜ 3.00，能使得該成像變焦鏡頭在適當的變焦倍率比值下，能有效縮短對焦行程移動量，使得該成像變焦鏡頭在最大倍率時的對焦速度能趨近於在最小倍率時的對焦速度，較佳地限制為1.10 ＜ ΔT / ΔW ＜ 2.50。
然而，有鑑於光學系統設計的不可預測性，前述所列之示例性限定關係式，亦可任意選擇性地合併不等數量施用於本發明之實施態樣中，使本發明成像變焦鏡頭的變焦倍率比值提高、對焦速度提升、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。在實施本發明時，除了前述關係式之外，亦可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及／或解析度的控制。須注意的是，此些細節需在無衝突之情況之下，選擇性地合併施用於本發明之其他實施例當中。
歸納上述，本發明成像變焦鏡頭之對焦機制，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
該第一透鏡群G1的等效焦距小且為正值，以及該第二透鏡群G2的等效焦距小且為正值，不僅在變焦移動時能有效改變該成像變焦鏡頭的系統焦距，以提高該成像變焦鏡頭的變焦倍率比值，另外在本發明對焦機制下，也就是同步移動該第一透鏡群G1及該第二透鏡群G2進行對焦時，使得該成像變焦鏡頭在適當的變焦倍率比值下，能有效縮短對焦行程的移動量，以提高該成像變焦鏡頭的對焦速度。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
G1‧‧‧第一透鏡群
G2‧‧‧第二透鏡群
G3‧‧‧第三透鏡群
1‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
2‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
3‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
4‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
5‧‧‧第五透鏡
51‧‧‧物側面
52‧‧‧像側面
6‧‧‧第六透鏡
61‧‧‧物側面
62‧‧‧像側面
7‧‧‧第七透鏡
71‧‧‧物側面
72‧‧‧像側面
8‧‧‧濾光片
81‧‧‧物側面
82‧‧‧像側面
9‧‧‧孔徑光欄
100‧‧‧成像面
I‧‧‧光軸
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明成像變焦鏡頭的一第一實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖2是該第一實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖3是一表格圖，說明該第一實施例的各透鏡的光學數據； 圖4是一表格圖，說明該第一實施例的各透鏡的非球面係數； 圖5-1是該第一實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖5-2是該第一實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖5-3是該第一實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖6-1是該第一實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖6-2是該第一實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖7是本發明成像變焦鏡頭的一第二實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖8是該第二實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖9是一表格圖，說明該第二實施例的各透鏡的光學數據； 圖10是一表格圖，說明該第二實施例的各透鏡的非球面係數； 圖11-1是該第二實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖11-2是該第二實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖11-3是該第二實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖12-1是該第二實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖12-2是該第二實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖13是本發明成像變焦鏡頭的一第三實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖14是該第三實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖15是一表格圖，說明該第三實施例的各透鏡的光學數據； 圖16是一表格圖，說明該第三實施例的各透鏡的非球面係數； 圖17-1是該第三實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖17-2是該第三實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖17-3是該第三實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖18-1是該第三實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖18-2是該第三實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖19是本發明成像變焦鏡頭的一第四實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖20是該第四實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖21是一表格圖，說明該第四實施例的各透鏡的光學數據； 圖22是一表格圖，說明該第四實施例的各透鏡的非球面係數； 圖23-1是該第四實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖23-2是該第四實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖23-3是該第四實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖24-1是該第四實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖24-2是該第四實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖25是本發明成像變焦鏡頭的一第五實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖26是該第五實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖27是一表格圖，說明該第五實施例的各透鏡的光學數據； 圖28是一表格圖，說明該第五實施例的各透鏡的非球面係數； 圖29-1是該第五實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖29-2是該第五實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖29-3是該第五實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖30-1是該第五實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖30-2是該第五實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖31是本發明成像變焦鏡頭的一第六實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖32是該第六實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖33是一表格圖，說明該第六實施例的各透鏡的光學數據； 圖34是一表格圖，說明該第六實施例的各透鏡的非球面係數； 圖35-1是該第六實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖35-2是該第六實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖35-3是該第六實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖36-1是該第六實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖36-2是該第六實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖37是本發明成像變焦鏡頭的一第七實施例於廣角端的透鏡配置示意圖； 圖38是該第七實施例於望遠端的透鏡配置示意圖； 圖39是一表格圖，說明該第七實施例的各透鏡的光學數據； 圖40是一表格圖，說明該第七實施例的各透鏡的非球面係數； 圖41-1是該第七實施例於廣角端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖41-2是該第七實施例於中間端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖41-3是該第七實施例於望遠端的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖42-1是該第七實施例於廣角端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖； 圖42-2是該第七實施例於望遠端且對焦於20公分處的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖；及 圖43是一表格圖，說明本發明成像變焦鏡頭的該第一實施例至該第七實施例的光學參數。
G1‧‧‧第一透鏡群
G2‧‧‧第二透鏡群
G3‧‧‧第三透鏡群
1‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
2‧‧‧第二透鏡
4‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
5‧‧‧第五透鏡
51‧‧‧物側面
52‧‧‧像側面
8‧‧‧濾光片
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
3‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
81‧‧‧物側面
82‧‧‧像側面
9‧‧‧孔徑光欄
100‧‧‧成像面
I‧‧‧光軸

Claims (9)

  1. 一種成像變焦鏡頭之對焦機制，該成像變焦鏡頭由從物側至像側沿一光軸依序包含一第一透鏡群、一第二透鏡群及一第三透鏡群； 該第一透鏡群的等效焦距為正值，且包括一孔徑光欄，該第二透鏡群的等效焦距為正值，該第三透鏡群的等效焦距為負值，在對焦時，該第一透鏡群與該第二透鏡群同步移動對焦，且滿足以下條件式： 1.01＜ΔT/ΔW＜3.00；及 1.50＜ft/fw＜5.00； 其中，ΔT為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最大倍率時的對焦行程移動量，ΔW為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最小倍率時的對焦行程移動量，ft為該成像變焦鏡頭於最大倍率時的系統焦距，fw為該成像變焦鏡頭於最小倍率時的系統焦距。
  2. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為三片透鏡所組成，該第二透鏡群為一片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  3. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為兩片透鏡所組成，該第二透鏡群為一片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  4. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為四片透鏡所組成，該第二透鏡群為一片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  5. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為三片透鏡所組成，該第二透鏡群為三片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  6. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為四片透鏡所組成，該第二透鏡群為兩片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  7. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為三片透鏡所組成，該第二透鏡群為兩片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  8. 如請求項1所述的成像變焦鏡頭之對焦機制，其中，該第一透鏡群為兩片透鏡所組成，該第二透鏡群為兩片透鏡所組成，該第三透鏡群為一片透鏡所組成。
  9. 一種成像變焦鏡頭之對焦機制，該成像變焦鏡頭由從物側至像側沿一光軸依序包含一第一透鏡群、一第二透鏡群及一第三透鏡群； 該第一透鏡群的等效焦距為正值，該第二透鏡群的等效焦距為正值，該第三透鏡群的等效焦距為負值，在對焦時，該第一透鏡群與該第二透鏡群同步移動對焦，且滿足以下條件式： 1.1＜ΔT/ΔW＜2.5；及 2.30＜ft/fw＜3.00； 其中，ΔT為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最大倍率時的對焦行程移動量，ΔW為該第一透鏡群與該第二透鏡群於最小倍率時的對焦行程移動量，ft為該成像變焦鏡頭於最大倍率時的系統焦距，fw為該成像變焦鏡頭於最小倍率時的系統焦距。
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