变焦镜头模块.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910209178.6

申请日:

2009.10.28

公开号:

CN102053344A

公开日:

2011.05.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G02B 15/16申请日:20091028|||公开

IPC分类号:

G02B15/16; G02B3/14; G02B27/00

主分类号:

G02B15/16

申请人:

财团法人工业技术研究院; 菱光科技股份有限公司

发明人:

王淇霖; 张奇伟; 苏铃达; 林秉忠

地址:

中国台湾新竹县

优先权:

专利代理机构:

北京律诚同业知识产权代理有限公司 11006

代理人:

祁建国;梁挥

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内容摘要

本发明涉及一种变焦镜头模块,包括一第一镜片组、一第二镜片组以及一第三镜片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置,具有负的总光焦度。第二镜片组设置在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,且第二镜片组具有正的总光焦度包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的至少一镜片,其中此至少一镜片是与液态透镜单元分离设置或是整合设置。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度。

权利要求书

1: 一种变焦镜头模块, 其特征在于, 包括 : 第一镜片组, 设置在一光轴上的固定位置, 具有第一总光焦度 ; 第二镜片组, 在该光轴上可轴向前后移动, 以同时达到对焦与变焦的调整, 其中该第二 镜片组具有第二总光焦度, 包括 : 液态透镜单元, 具有可调的光焦度 ; 以及 至少一镜片, 该至少一镜片的光焦度不为零, 其中该至少一镜片是与该液态透镜单元 分离设置或是整合设置 ; 以及 第三镜片组, 设置在该光轴上的固定位置, 具有不为零的第三总光焦度, 其中该第二镜 片组是在该第一镜片组与该第三镜片组之间。
2: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组在该光轴上轴向 移动以达到变焦作用, 且从广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。
3: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该液态透镜单元是由二种液体 所组成, 该二种液体是不相溶且折射系数不同但密度相接近而构成一界面, 利用电润湿法 来改变该界面的曲率。
4: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第一镜片组包括一棱镜片转 折该光轴的方向。
5: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组还包括一个光圈。
6: 根据权利要求 5 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该光圈设置在该液态透镜单元 或是该镜片上。
7: 根据权利要求 5 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组的该光圈位置是 : 该光圈在该至少一镜片与该液态透镜单元的前方更接近该第一镜片组 ; 或是该光圈在 该至少一镜片与该液态透镜单元的后方更远离该第一镜片组。
8: 根据权利要求 5 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该光圈设置在该液态透镜单元 与该镜片之间。
9: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组的该液态透镜单 元包括 : 第一透光基板, 可以为平面基板或曲面基板, 朝向物方 ; 第二透光基板, 可以为平面基板或曲面基板, 朝向像方 ; 外壁, 与第一透光基板及该第二透光基板构成容置空间 ; 第一液体, 有第一折射系数, 填入于该容置空间 ; 以及 第二液体, 有第二折射系数, 填入于该容置空间与该第一液体不相溶解, 其中该第一液 体与该第二液体构成一界面, 其中利用外部的电性控制以改变该界面的曲率。
10: 根据权利要求 9 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组的该液态透镜单 元与该至少一镜片是整合设置, 其中该第一透光基板是曲面基板, 提供该第二镜片组至少 一镜片所需要的光焦度的至少一部份。
11: 根据权利要求 10 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该至少一镜片即是该第一透 光基板。
12: 根据权利要求 9 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组的该液态透镜单 2 元与该至少一镜片是整合设置, 其中该第二透光基板是曲面基板, 提供该至少一镜片所需 要的光焦度的至少一部份。
13: 根据权利要求 12 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该至少一镜片即是该第二透 光基板。
14: 根据权利要求 9 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该液态透镜单元的该第一透光 基板与该第二透光基板皆是平面基板。
15: 根据权利要求 9 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组的该液态透镜单 元与该至少一镜片是分离设置。
16: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该液态透镜单元的作用包括 : 在该第二镜片组轴向移动变焦时, 对像面位置做补偿 ; 以及 该第二镜片组在相同放大倍率下, 对不同的物面位置所产生的该像面位置做补偿。
17: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第一总光焦度为负值且该第 二总光焦度为正值。
18: 根据权利要求 17 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第三镜片组的总光焦度是 正值。
19: 根据权利要求 17 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第三镜片组的总光焦度是 负值。
20: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该液态透镜单元的最大有效口 径小于影像感测面的对角线。
21: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组中的该至少一镜 片是一个正焦度镜片。
22: 根据权利要求 1 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组中的该至少一镜 片与该液态透镜单元是分离设置。
23: 根据权利要求 22 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该第二镜片组还包括一个光 圈。
24: 根据权利要求 23 所述的变焦镜头模块, 其特征在于, 该光圈设置在该至少一镜片 与该液态透镜单元之间。

说明书


变焦镜头模块

    【技术领域】
     本发明涉及一种变焦镜头模块, 且特别涉及具有液态镜片辅助做变焦与对焦的镜头模块。 背景技术 变焦镜头模块是摄取影像所需要的基本功能。在早期的传统光学技术中, 镜片群 组都是以固态的光学组件所组合。为达到有效的变焦与对焦的功能, 其传统的镜片群组的 体积较大且复杂。
     随后, 传统光学技术也提出液态透镜的镜片, 其是利用二种不同的液体构成一界 面。此二种液体是不相溶且折射系数不同, 但是密度相接近, 如此以构成一界面。此界面会 有曲率, 且利用电润湿的机制来改变界面的曲率。
     液态透镜虽然也被用在变焦镜头模块以取代固体的光学组件, 但是由于设计组合 的方式不同, 会产生不同的设计效果。如何加入液态透镜来设计更有效率的变焦镜头模块 仍是相关业者继续研发的方向。
     发明内容 为了解决上述问题, 本发明公开了一种变焦镜头模块, 其目的在于使用液态透镜 做变焦时像面位置补偿和对焦的双重功效, 提供更高的光学变焦倍数, 提供更大的光圈, 更 亮, 分辨率更高, 能应用在口径较小的液态透镜, 能应用在较高像素的传感器, 像差校正能 力强, 成本低廉。
     本发明提供一种变焦镜头模块, 包括一第一镜片组、 一第二镜片组以及一第三镜 片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置, 具有负的总光焦度。第二镜片组设置在该 光轴上可轴向前后移动, 以同时达到对焦与变焦的调整, 且第二镜片组具有正的总光焦度 包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的至少一镜片, 其中此至少一镜片是与液态透镜单 元分离设置或是整合设置。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置, 具有不为零的总光焦 度。
     本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计, 变焦时只需移动一个 镜组, 对焦时没有任何光学组件需要移动, 近拍时画质仍维持清晰, 允许液态透镜的液体顺 序安排有较大自由度, 因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明 使用液态透镜做变焦时像面位置补偿 ( 改变放大倍率 ) 和对焦 ( 相同放大倍率不同物距的 像面位置补偿 ) 的双重功效, 提供更高的光学变焦倍数 2.5 倍, 更大的光圈 F/# = 2.8( 更 亮, 分辨率更高 ), 能应用在口径较小的液态透镜, 能应用在较高像素的传感器 (sensor, 2M 1/4” ), 像差校正能力强, 进而达到降低成本的设计方法。光圈设置的位置能有效减小液态 透镜口径的需求, 因目前液态透镜口径例如是 3.4mm, 所以光圈设置的位置要尽量靠近液态 透镜。而高画质 (200 万像素以上 ) 影像传感器的对角线总长多半大于 4.4mm, 基于空间限 制光圈和液体镜片需设置在远离影像传感器, 基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量
     离轴光束被液体镜片遮蔽, 造成影像传感器中央和边缘的亮度差超过 50%。光圈设置在液 体镜片附近可以达成近轴和离轴光束全部获大部分通过液体镜片。 本发明光学变焦的设计 可提升镜头模块的效能达到更亮, 分辨率 (Resolution) 更高。 附图说明 图 1 为依据本发明一实施例, 具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图 ;
     图 2-3 为依据本发明一实施例, 以图 1 的具有液态镜片的变焦镜头模块, 针对不同 物距的剖面结构示意图 ;
     图 4 为依据本发明一实施例, 液态透镜单元 110 的结构变化剖面示意图 ;
     图 5-7 为依据本发明一些实施例, 绘示调幅转换函数 (MTF) 随着空间频率变化的 特性仿真示意图 ;
     图 8-10 为依据本发明一些实施例, 绘示纵向球差, 像散场曲线以及畸变等的特性 模拟示意图 ;
     图 11-13 为依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块剖面示意图 ;
     图 14-16 为依据本发明一些实施例, 绘示调幅转换函数 (MTF) 随着空间频率变化 的特性仿真示意图 ;
     图 17-19 为依据本发明一些实施例, 绘示纵向球差, 像散场曲线以及畸变等的特 性模拟示意图 ;
     图 20-22 为依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意 图;
     图 23 为依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。
     附图标记
     100、 102、 104 : 镜片组
     106 : 镜片
     108 : 次镜片组
     110 : 液态透镜单元
     110a : 液体部
     110b、 110c : 透光基板
     110d : 外壁
     150 : 影像感测面板
     200、 202、 204 : 镜片组
     206 : 影像感测面板
     208 : 次镜片组
     210 : 液态透镜单元
     212 : 成像位置
     300、 302、 304 : 镜片组
     306 : 影像感测面板
     308 : 次镜片组
     310 : 液态透镜单元
     400 : 棱镜具体实施方式
     为让本发明的上述特征能更明显易懂, 下文特举实施例, 并配合所附附图作详细 说明如下。
     本发明提出变焦光学镜头模块, 包括三个镜片组。第一镜片组有总光焦度为负值 且固定不动。第二镜片组的总光焦度为正值, 例如是由至少一片光焦度 (focusing power) 不等于零的镜片和一个液态透镜所组合而成。此第二镜片组在轴向移动用来做变焦的用 途, 其由广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。液态透镜用来做第二镜片组在 轴向移动变焦时, 对像面位置的补偿和在相同放大倍率下不同物距的像面位置补偿。液态 透镜由二种不相溶且折射率不同但密度相近的液体组成, 利用外部控制以改变二种不相溶 液体该界面的一曲率而改变该光焦度值。第三镜片组包含至少一片光焦度不等于零的镜 片, 且固定不动。
     以下举一些实施例来说明本发明, 但是本发明不仅限于所举的一些实施例。 又, 所 举的一些实施例之间也可以相互结合, 构成其它实施例。 图 1 为依据本发明一实施例, 具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图。参 阅图 1(a), 本实施例的变焦镜头模块包括三个镜片组 100、 102、 104。镜片组 100 与镜片组 104 是在固定位置。镜片组 102 可以在光轴上移动。拍摄对象最后利用镜片组 104 在影像 感测面板 150 上成像, 因此拍摄到影像。于本实施例, 拍摄对象是在左方也称为物方, 成像 位置是在右方也称为像方。
     镜片组 100 是由至少一镜片所组成, 而较佳的简单实施方式例如是由一个镜片 106 所构成, 且总光焦度例如为负值。镜片 106 例如是一个凸凹镜片具有负的总光焦度。当 然, 依照光学镜片的设计, 所要的负的光焦度也可以由多个镜片组成。
     于本实施例, 光轴是以直线为例来说明。然而, 如果需要的话, 镜片组 100 也可加 入光线偏折的光学组件, 例如可以利用一棱镜改变光轴的路径方向, 其方式会于后面描述。
     镜片组 102 是设置在光轴上, 但是可以沿着光轴前后移动, 达到广角与望远的变 焦。图 1(a) 是镜片组 102 被调置在广角端 (wide-position) 的情形, 其中物距是以 2m 为 例。图 1(b) 是镜片组 102 的位置是被调置在长焦端 (tele-position) 的情形。换句话说, 镜片组 102 从广角端到长焦端的位置变化例如是由像方到物方移动, 也就是如在附图中是 由右向左移动。
     镜片组 102 的作用除了可以同时达到变焦与对焦的调整, 可以使像高较高, 不因 液态透镜口径的限制而影响像高, 像高较高表示可以用面积较大的影像感测面板 150, 面积 较大的影像感测面板 150 像素较多, 可以表现较高的分辨率。
     镜片组 102 的总光焦度例如是正值。镜片组 102 例如包括至少一镜片与一液态透 镜单元 110。至少一镜片例如是由固态镜片所组成的次镜片组 108。液态透镜单元 110 具 有可调的光焦度。次镜片组 108 包括至少一个光焦度不为零的镜片。又次镜片组 108 是与 液态透镜单元 110 可以是分离设置或是整合设置。 又, 镜片组 102 可以包括一光圈 (stop), 例如是设置在次镜片组 108 与液态透镜单元 110 之间, 以增加进光量。
     镜片组 104 设置在光轴上的固定位置, 具有不为零的总光焦度, 其与其它二个镜
     片组 100、 102 的关系是, 镜片组 102 介于镜片组 100 与镜片组 104 之间。镜片组 104 也是 由至少一片光焦度不为零的镜片所组合, 但是较佳的方式例如采用单一片的镜片。于本实 施例, 镜片组 104 的总光焦度例如是负值。
     图 2-3 为依据本发明一实施例, 以图 1 的具有液态镜片的变焦镜头模块, 针对不同 物距的剖面结构示意图。
     参阅图 2, 用图 1 的相同结构, 但是针对物距为 25cm 的取像操作时, 镜片组 102 会 有不同的位置。在图 2(a), 镜片组 102 的位置是调整在广角端。在图 2(b), 镜片组 102 的 位置是调整在长焦端。另外, 液态透镜单元 110 的光焦度会随着变化以补偿成像位置。液 态透镜单元 110 的光焦度变化是利用外部控制液态透镜单元 110 中的液体界面的曲率。
     参阅图 3, 其也是以图 1 的相同结构, 但是针对物距为 10cm 的取像操作。镜片组 102 在图 3(a) 是调整在广角端的位置。镜片组 102 在图 3(b) 是调整在长焦端的位置。相 似情形, 液态透镜单元 110 中的液体界面的曲率也随着由广角端到长焦端的变化而变化, 例如更凸向物方的变化。
     图 4 为依据本发明一实施例, 液态透镜单元 110 的结构变化剖面示意图。参阅图 4(a), 就一般的液态透镜的结构而言, 如传统方式会包括液体部 110a, 由二种液体, 例如水 与油组成, 另外还有二个透光基板光焦度为 0, 110b、 110c 在液体部 110a 的两端, 又再配合 外壁 110d 将液体部 110a 包围成为液态透镜单元 110。如传统方式, 外壁 110d 上会有电极 结构利用一般所知的电润湿法 (electro wetting) 的机制改变曲面的曲率。 参阅图 4(b), 以图 4(a) 的传统架构为基础, 配合镜片组 102 中的镜片组 108 所需 要的光焦度, 镜片组 108 可以与液态透镜单元 110 整合。这就是说, 图 4(a) 中的透光基板 110b 可以也具有光焦度, 因此可以取代镜片组 108 的至少一部分的构件。
     参阅图 4(c), 其与图 4(b) 是类似的机制, 将图 4(a) 中的透光基板 110c 改变为具 有光焦度的结构, 其也是配合镜片组 108 的整体设计达到镜片组 102 所需要的总光焦度变 化。
     参阅图 4(d), 其与图 4(b) 是类似的机制, 更将图 4(a) 中的二个透光基板 110b、 110c 都改变为具有光焦度的结构, 其也是配合镜片组 108 的整体设计达到镜片组 102 所需 要的总光焦度变化。
     图 5- 为依据本发明一些实施例, 绘示调幅转换函数 (MTF) 随着空间频率变化的特 性仿真示意图。参阅图 5, 对应图 1 在物距为 2m 的操作条件下, 图 5(a) 是广角端的特性, 图 5(b) 是长焦端的特性。参阅图 6, 其是对应图 2 在物距为 25cm 的操作条件下的调幅转换函 数特性。参阅图 7, 其是对应图 3 在物距为 10cm 的操作条件下的调幅转换函数特性。换句 话说, 本发明的设计是具有实际效用的设计。
     图 8-10 为依据本发明一些实施例, 绘示纵向球差, 像散场曲线以及畸变等的特性 模拟示意图。参阅图 8, 其是对应图 1 的操作条件在物距为 2m 的纵向球差 (Longitudinal spherical aberration), 像散场曲线 (Astigmatic field curve) 以及畸变 (distortion) 的特性。图 8(a) 是广角端的特性, 图 8(b) 是长焦端的特性。参阅图 9, 其是对应图 2 的操 作条件在物距为 25cm 的纵向球差, 像散场曲线以及畸变的特性。图 9(a) 是广角端的特性, 图 9(b) 是长焦端的特性。参阅图 10, 其是对应图 3 的操作条件在物距为 10cm 的纵向球差, 像散场曲线以及畸变的特性。图 10(a) 是广角端的特性, 图 10(b) 是长焦端的特性。
     在图 1 的实施例中, 分别镜片的曲面型态 (Surface type)、 曲率半径 (Radius)、 厚 度 (Thickness) 以及材料等的实施例如表一到表四所列。
     表一
     曲面序号 物件 1 2 3 4 5 6 7 8 光圈 10 11 12 13 14 15 16 17 18 影像曲面型态 球面 非球面 1 非球面 2 非球面 3 非球面 4 非球面 5 非球面 6 非球面 7 非球面 8 球面 球面 球面 球面 球面 球面 非球面 9 非球面 10 球面 球面 球面半径 (mm) 1.0E+18 23.99644 3.411349 9.307409 -6.06272 4.863689 2.055857 3.739124 -5.43358 1.0E+18 1.0E+18 1.0E+18 11.1735*5 1.0E+18 1.0E+18 6.840498 6.440547 1.0E+18 1.0E+18 1.0E+18厚度 (mm) 2000*1 2 6.813*2 1.2624028 0.9101773 2 0.3872687 0.7 0.1657301 0.55 0.3 0.29*3 0.36*4 0.55 0.622*6 0.7 2.0893555 0.3 0 0(Nd, Vd)1.694, 56.31.53, 55.71.639, 231.53, 55.71.51, 56.4 1.48, 38.4 1.39, 58.7 1.51, 56.41.639, 231.51, 56.4在表一中, 曲面型态是球面与非球面的组合, 其顺序是由左到右从镜片 106 开始 到影像感测面板 150 的背面的 18 个面。 影像感测面板 150 的背面是成像面。 厚度是指从表 面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数 Nd 与 Abbe 数值 (Abbe number)Vd 表示, 其中具有 “*” 表记的数值变化由表四描述。
     表二与表三描述非球面的型态。表四描述针对 2m, 25cm、 10cm 的三种物距下对应 广角端与长焦端的位置, 其对应表一中的厚度。
     表二
     非球面 1 Y 半径 圆锥常数 4th 系数 6th 系数 8th 系数 10th 系数
     非球面 2 3.4113491 0 -0.001627 -2.22E-5 4.99E-6 -8.65E-7非球面 3 9.3074094 0 -0.010807 1.24E-4 -2.6E-7 -2.27E-7非球面 4 -6.062724 0 -0.002456 -1.15E-4 -3.71E-6 3.7E-10非球面 5 4.8636888 0 0.0087856 -0.000575 6.47E-6 -1.65E-523.996439 0 0.0006844 -5.8E-6 -2.19E-8 6.12E-9表三 非球面 6 非球面 7 3.739124 0 0.003502 0.000574 8.56E-4 -3.32E-5 非球面 8 -5.43358 0 -0.010958 -0.002027 0.000626 -0.000289 非球面 9 6.8404976 0 -0.024233 0.0007279 -7.92E-5 -5.12E-5 非球面 10 6.4405466 0 -0.023648 0.0004971 -3.8E-5 -1.16E-5Y 半径 圆锥常数 4th 系数 6th 系数 8th 系数 10th 系数2.0558573 0.5203444 0.0075245 -0.001743 -5.86E-5 -5.80E-49102053344 A CN 102053351
     *1 广角 长焦 广角 长焦 广角 长焦 2000 2000 250 250 100 100 *2 6.813032 2 6.813032 2 6.813032 2 *3 0.29 0.23 0.31 0.25 0.33 0.29说明书7/11 页表四*4 0.36 0.42 0.34 0.4 0.32 0.36 *5 11.17341 7.230376 13.4423 9.398126 40.98428 18.50362 *6 0.622034 5.435066 0.622034 5.435066 0.622034 5.435066 F/# 2.798 5.352 2.802 5.34 2.782 5.32 焦距 3.2 8 3.15 7.77 3.08 7.43在前述的实施例, 镜片组 104 的总焦度是设计为负值。然而, 镜片组 104 的总焦度 也可以设计为正值。 图 11-13 绘示依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块剖面示意图。 参阅 图 11, 本实施例的变焦镜头模块也是由三个镜片组所组成, 其总光焦度例如分别为负 (-)、 正 (+)、 正 (+) 的设计。个镜片组 200 仍以单一镜片为例。镜片组 202 包含次镜片组 208 与 一液态透镜单元 210。镜片组 204 也例如是以单一镜片为例。图 11(a) 是物距为 2m 且镜片 组 202 调在广角端的位置。图 11(b) 是物距为 2m 且镜片组 202 调在长焦端的位置。镜片 组 202 的作用与图 1 的镜片组 102 的作用相似, 做为变焦与对焦的功用, 其中液态透镜单元 210 的作用机制相同。
     于图 11 的实施例中, 由于镜片组 204 的总光焦度是采用正值的设计, 其成像位置 212 例如可以是落在影像感测面板 206 的后方。当然, 这不是唯一的设计方式。
     于图 12 的实施例, 图 12(a) 是物距为 25cm 且镜片组 202 调在广角端的位置。图 12(b) 是物距为 25cm 且镜片组 202 调在长焦端的位置。
     于图 13 的实施例, 图 13(a) 是物距为 10cm 且镜片组 202 调在广角端的位置。图 13(b) 是物距为 10cm 且镜片组 202 调在长焦端的位置。
     图 14-16 为依据本发明一些实施例, 绘示调幅转换函数 (MTF) 随着空间频率变化 的特性仿真示意图。从图 14-16 的仿真数据来看, MTF 随着空间频率变化的特性也是在良 好操作的范围。
     对应图 11-13, 图 14(a) 是物距为 2m 且镜片组 202 调在广角端的位置。图 14(b) 是物距为 2m 且镜片组 202 调在长焦端的位置。图 15(a) 是物距为 25cm 且镜片组 202 调在 广角端的位置。图 15(b) 是物距为 25cm 且镜片组 202 调在长焦端的位置。图 16(a) 是物 距为 10cm 且镜片组 202 调在广角端的位置。图 16(b) 是物距为 10cm 且镜片组 202 调在长 焦端的位置。
     图 17-19 为依据本发明一些实施例, 绘示纵向球差, 像散场曲线以及畸变等的特 性模拟示意图。 图 17-19 是针对图 11-13 的操作, 其纵向球差, 像散场曲线以及畸变的特性。 一样地, 左边的 (a) 图是在广角端, 右边的 (b) 图是在长焦端。从数据显示, 本实施例也是 在良好操作的范围。
     在图 11 的实施例中, 分别镜片的曲面型态 (Surface type)、 曲率半径 (Radius)、 厚度 (Thickness) 以及材料等的实施例如表五到表八所列。
     表五
     序号 物件 1 2 3 4 5 6 7 8 光圈 10 11 12 13 14 15 16 17 18 影像曲面型态 球面 非球面 1 非球面 2 非球面 3 非球面 4 非球面 5 非球面 6 非球面 7 非球面 8 球面 球面 球面 球面 球面 球面 非球面 9 非球面 10 球面 球面 球面半径 (mm) 1.0E+18 9.17744281 2.5508006 5.50214164 -6.1794773 4.4 2.18587322 6.3 -8.9138882 1.0E+18 1.0E+18 1.0E+18 -150*5 1.0E+18 1.0E+18 3.7918 4.41093912 1.0E+18 1.0E+18 1.0E+18厚度 (mm) 2000*1 2.5 6.058*2 2.41539113 0.30265106 2 0.3397583 0.7 0.6 0.1 0.3 0.31*3 0.34*4 0.55 0.84095*6 0.1 0.59535879 0.3 0.2 0(Nd, Vd)1.694, 56.31.53, 55.71.639, 231.53, 55.71.51, 56.4 1.48, 38.4 1.39, 58.7 1.51, 56.41.639, 231.51, 56.4在表五中, 曲面型态是球面与非球面的组合, 其顺序是由左到右从镜片 200 开始 到感测面板 206 后的影像成像面 212 有 18 个面。 成像面与影像感测面板 206 允许有一些移 位。厚度是指从表面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数 Nd 与 Abbe 数值 (Abbe number)Vd 表示, 其中具有 “*” 表记的数值变化由表八描述。
     表六与表七描述非球面的型态。表八描述针对 2m, 25cm、 10cm 的三种物距下对应 广角端与长焦端的位置, 其对应表一中的厚度。
     表六
     非球面 1 Y 半径 圆锥常数 4th 系数 6th 系数 8th 系数 10th 系数
     非球面 2 2.5279222 -0.680596 -0.004371 -0.000123 3.68E-6 -9.56E-8非球面 3 5.3805509 0 -0.001652 -1.17E-4 1.04E-7 2.94E-8非球面 4 -5.493353 0 0.002169 -6.71E-5 6.59E7 2.18E-8非球面 5 4.52282 0 -0.004757 -0.000301 -4.83E-06 7.48E-69.2625495 0 -001488 1.58E-5 -2.91E-8 4.33E-10表七 非球面 6 非球面 7 6.3 0 0.044674 0.003185 8.41E-5 0.000519 非球面 8 -9.797463 0 0.026006 0.00272 -0.001386 0.000986 非球面 9 3.819075 -2.062262 -0.00633 0.002005 -0.000129 -1.11E-5 非球面 10 5.371575 1.942634 -0.017939 0.001278 0.0003 -9.61E-5Y 半径 圆锥常数 4th 系数 6th 系数 8th 系数 10th 系数
     2.149977 -0.601283 0.002159 -0.0008 0.000132 -4.69E-5表八12102053344 A CN 102053351
     *1 广角 长焦 广角 长焦 广角 长焦 2000 2000 250 250 100 100 *2 6.518337 2 6.518337 2 6.518337 2 *3 0.31 0.31 0.35 0.35 0.39 0.39说明*4 0.34 0.34 0.3 0.3 0.26 0.26书*5 -150 -150 -16.346 -16.1303 -6.62236 -6.68092 *6 0.824866 5.343202 0.824866 5.343202 0.824866 5.343202 F/# 3 6.493 3.017 6.472 2.998 6.44210/11 页焦距 3.2 8 3.15 7.77 3.08 7.43图 20-22 为依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意 图。参阅图 20(a), 本实施例也是由三个镜片组 300、 302、 304 所组成, 用以成像在影像感测 面板 306 上。图 20-22 分别对应物距为 2m、 25cm、 10cm 的操作。操作机制与前述的实施例 相同, 而不再详细描述。
     本实施例的特点在于镜片组 302 的简化设计。镜片组 302 除了有液态透镜单元 310 外, 次镜片组 308 是以单一镜片的方式设计。 光圈是设置在次镜片组 308 与液态透镜单 元 310 之间, 以限定入射光进入液态透镜单元 310 的范围。光圈的作用如一般所知。
     图 23 为依据本发明另一实施例, 变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。 参阅图 23, 基于空间的安排, 接近物方的镜片组 100 也可以增加一棱镜 400, 以改变光轴路 径。由于镜片组 100 是在固定位置, 棱镜 400 的设置位置也是固定, 不会随镜片组 102 在变 焦调整时所做的移动而移动。换句话说, 加入棱镜 400 后的操作与设计机制仍相同。
     本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计, 变焦时只需移动一个 镜组, 对焦时没有任何光学组件需要移动, 近拍时画质仍维持清晰, 允许液态透镜的液体顺 序安排有较大自由度, 因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明 使用液态透镜做变焦时像面位置补偿 ( 改变放大倍率 ) 和对焦 ( 相同放大倍率不同物距的 像面位置补偿 ) 的双重功效, 提供更高的光学变焦倍数 2.5 倍, 更大的光圈 F/# = 2.8( 更 亮, 分辨率更高 ), 能应用在口径较小的液态透镜, 能应用在较高像素的传感器 (sensor, 2M 1/4” ), 像差校正能力强, 进而达到降低成本的设计方法。液态透镜的技术是已被研发的现 有技术, 允许并入变焦的镜片组中。
     光圈设置的位置能有效减小液态透镜口径的需求, 因目前液态透镜口径例如是 3.4mm, 所以光圈设置的位置要尽量靠近液态透镜。而高画质 (200 万像素以上 ) 影像传感 器的对角线总长多半大于 4.4mm, 基于空间限制光圈和液体镜片需设置在远离影像传感器, 基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量离轴光束被液体镜片遮蔽, 造成影像传感器中 央和边缘的亮度差超过 50%。光圈设置在液体镜片附近可以达成近轴和离轴光束全部获 大部分通过液体镜片。本发明光学变焦的设计可提升镜头模块的效能达到更亮, 分辨率 (Resolution) 更高。
     虽然本发明已以实施例公开如上, 然其并非用以限定本发明, 任何本技术领域中
     普通技术人员, 在不脱离本发明的精神和范围内, 当可作些许的更动与完善, 故本发明的保 护范围当视后附的申请专利保护范围所界定者为准。

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1、10申请公布号CN102053344A43申请公布日20110511CN102053344ACN102053344A21申请号200910209178622申请日20091028G02B15/16200601G02B3/14200601G02B27/0020060171申请人财团法人工业技术研究院地址中国台湾新竹县申请人菱光科技股份有限公司72发明人王淇霖张奇伟苏铃达林秉忠74专利代理机构北京律诚同业知识产权代理有限公司11006代理人祁建国梁挥54发明名称变焦镜头模块57摘要本发明涉及一种变焦镜头模块,包括一第一镜片组、一第二镜片组以及一第三镜片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置,具有负。

2、的总光焦度。第二镜片组设置在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,且第二镜片组具有正的总光焦度包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的至少一镜片,其中此至少一镜片是与液态透镜单元分离设置或是整合设置。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书11页附图23页CN102053351A1/2页21一种变焦镜头模块,其特征在于,包括第一镜片组,设置在一光轴上的固定位置,具有第一总光焦度;第二镜片组,在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,其中该第二镜片组具有第二总光焦度,包括液态。

3、透镜单元,具有可调的光焦度;以及至少一镜片,该至少一镜片的光焦度不为零,其中该至少一镜片是与该液态透镜单元分离设置或是整合设置;以及第三镜片组,设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的第三总光焦度,其中该第二镜片组是在该第一镜片组与该第三镜片组之间。2根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组在该光轴上轴向移动以达到变焦作用,且从广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。3根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元是由二种液体所组成,该二种液体是不相溶且折射系数不同但密度相接近而构成一界面,利用电润湿法来改变该界面的曲率。4根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其。

4、特征在于,该第一镜片组包括一棱镜片转折该光轴的方向。5根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组还包括一个光圈。6根据权利要求5所述的变焦镜头模块,其特征在于,该光圈设置在该液态透镜单元或是该镜片上。7根据权利要求5所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该光圈位置是该光圈在该至少一镜片与该液态透镜单元的前方更接近该第一镜片组;或是该光圈在该至少一镜片与该液态透镜单元的后方更远离该第一镜片组。8根据权利要求5所述的变焦镜头模块,其特征在于,该光圈设置在该液态透镜单元与该镜片之间。9根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单元包括第一透光基板,。

5、可以为平面基板或曲面基板,朝向物方;第二透光基板,可以为平面基板或曲面基板,朝向像方;外壁,与第一透光基板及该第二透光基板构成容置空间;第一液体,有第一折射系数,填入于该容置空间;以及第二液体,有第二折射系数,填入于该容置空间与该第一液体不相溶解,其中该第一液体与该第二液体构成一界面,其中利用外部的电性控制以改变该界面的曲率。10根据权利要求9所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单元与该至少一镜片是整合设置,其中该第一透光基板是曲面基板,提供该第二镜片组至少一镜片所需要的光焦度的至少一部份。11根据权利要求10所述的变焦镜头模块,其特征在于,该至少一镜片即是该第一透光基板。。

6、12根据权利要求9所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单权利要求书CN102053344ACN102053351A2/2页3元与该至少一镜片是整合设置,其中该第二透光基板是曲面基板,提供该至少一镜片所需要的光焦度的至少一部份。13根据权利要求12所述的变焦镜头模块,其特征在于,该至少一镜片即是该第二透光基板。14根据权利要求9所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元的该第一透光基板与该第二透光基板皆是平面基板。15根据权利要求9所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单元与该至少一镜片是分离设置。16根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态。

7、透镜单元的作用包括在该第二镜片组轴向移动变焦时,对像面位置做补偿;以及该第二镜片组在相同放大倍率下,对不同的物面位置所产生的该像面位置做补偿。17根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第一总光焦度为负值且该第二总光焦度为正值。18根据权利要求17所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第三镜片组的总光焦度是正值。19根据权利要求17所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第三镜片组的总光焦度是负值。20根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元的最大有效口径小于影像感测面的对角线。21根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组中的该至少一镜片是一个正焦度镜片。2。

8、2根据权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组中的该至少一镜片与该液态透镜单元是分离设置。23根据权利要求22所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组还包括一个光圈。24根据权利要求23所述的变焦镜头模块,其特征在于,该光圈设置在该至少一镜片与该液态透镜单元之间。权利要求书CN102053344ACN102053351A1/11页4变焦镜头模块技术领域0001本发明涉及一种变焦镜头模块,且特别涉及具有液态镜片辅助做变焦与对焦的镜头模块。背景技术0002变焦镜头模块是摄取影像所需要的基本功能。在早期的传统光学技术中,镜片群组都是以固态的光学组件所组合。为达到有效的变焦与对焦的功。

9、能,其传统的镜片群组的体积较大且复杂。0003随后,传统光学技术也提出液态透镜的镜片,其是利用二种不同的液体构成一界面。此二种液体是不相溶且折射系数不同,但是密度相接近,如此以构成一界面。此界面会有曲率,且利用电润湿的机制来改变界面的曲率。0004液态透镜虽然也被用在变焦镜头模块以取代固体的光学组件,但是由于设计组合的方式不同,会产生不同的设计效果。如何加入液态透镜来设计更有效率的变焦镜头模块仍是相关业者继续研发的方向。发明内容0005为了解决上述问题,本发明公开了一种变焦镜头模块,其目的在于使用液态透镜做变焦时像面位置补偿和对焦的双重功效,提供更高的光学变焦倍数,提供更大的光圈,更亮,分辨率。

10、更高,能应用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器,像差校正能力强,成本低廉。0006本发明提供一种变焦镜头模块,包括一第一镜片组、一第二镜片组以及一第三镜片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置,具有负的总光焦度。第二镜片组设置在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,且第二镜片组具有正的总光焦度包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的至少一镜片,其中此至少一镜片是与液态透镜单元分离设置或是整合设置。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度。0007本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计,变焦时只需移动一个镜组,对焦时没有任何光学组件需要移动,近拍。

11、时画质仍维持清晰,允许液态透镜的液体顺序安排有较大自由度,因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明使用液态透镜做变焦时像面位置补偿改变放大倍率和对焦相同放大倍率不同物距的像面位置补偿的双重功效,提供更高的光学变焦倍数25倍,更大的光圈F/28更亮,分辨率更高,能应用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器SENSOR,2M1/4”,像差校正能力强,进而达到降低成本的设计方法。光圈设置的位置能有效减小液态透镜口径的需求,因目前液态透镜口径例如是34MM,所以光圈设置的位置要尽量靠近液态透镜。而高画质200万像素以上影像传感器的对角线总长多半大于44MM,基于空间限制光圈和。

12、液体镜片需设置在远离影像传感器,基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量说明书CN102053344ACN102053351A2/11页5离轴光束被液体镜片遮蔽,造成影像传感器中央和边缘的亮度差超过50。光圈设置在液体镜片附近可以达成近轴和离轴光束全部获大部分通过液体镜片。本发明光学变焦的设计可提升镜头模块的效能达到更亮,分辨率RESOLUTION更高。附图说明0008图1为依据本发明一实施例,具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图;0009图23为依据本发明一实施例,以图1的具有液态镜片的变焦镜头模块,针对不同物距的剖面结构示意图;0010图4为依据本发明一实施例,液态透镜单元110的结构变。

13、化剖面示意图;0011图57为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数MTF随着空间频率变化的特性仿真示意图;0012图810为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图;0013图1113为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块剖面示意图;0014图1416为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数MTF随着空间频率变化的特性仿真示意图;0015图1719为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图;0016图2022为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图;0017图23为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同。

14、物距的剖面结构示意图。0018附图标记0019100、102、104镜片组0020106镜片0021108次镜片组0022110液态透镜单元0023110A液体部0024110B、110C透光基板0025110D外壁0026150影像感测面板0027200、202、204镜片组0028206影像感测面板0029208次镜片组0030210液态透镜单元0031212成像位置0032300、302、304镜片组0033306影像感测面板0034308次镜片组0035310液态透镜单元说明书CN102053344ACN102053351A3/11页60036400棱镜具体实施方式0037为让本发明的。

15、上述特征能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附附图作详细说明如下。0038本发明提出变焦光学镜头模块,包括三个镜片组。第一镜片组有总光焦度为负值且固定不动。第二镜片组的总光焦度为正值,例如是由至少一片光焦度FOCUSINGPOWER不等于零的镜片和一个液态透镜所组合而成。此第二镜片组在轴向移动用来做变焦的用途,其由广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。液态透镜用来做第二镜片组在轴向移动变焦时,对像面位置的补偿和在相同放大倍率下不同物距的像面位置补偿。液态透镜由二种不相溶且折射率不同但密度相近的液体组成,利用外部控制以改变二种不相溶液体该界面的一曲率而改变该光焦度值。第三镜片组包含至少一。

16、片光焦度不等于零的镜片,且固定不动。0039以下举一些实施例来说明本发明,但是本发明不仅限于所举的一些实施例。又,所举的一些实施例之间也可以相互结合,构成其它实施例。0040图1为依据本发明一实施例,具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图。参阅图1A,本实施例的变焦镜头模块包括三个镜片组100、102、104。镜片组100与镜片组104是在固定位置。镜片组102可以在光轴上移动。拍摄对象最后利用镜片组104在影像感测面板150上成像,因此拍摄到影像。于本实施例,拍摄对象是在左方也称为物方,成像位置是在右方也称为像方。0041镜片组100是由至少一镜片所组成,而较佳的简单实施方式例如是由一个镜。

17、片106所构成,且总光焦度例如为负值。镜片106例如是一个凸凹镜片具有负的总光焦度。当然,依照光学镜片的设计,所要的负的光焦度也可以由多个镜片组成。0042于本实施例,光轴是以直线为例来说明。然而,如果需要的话,镜片组100也可加入光线偏折的光学组件,例如可以利用一棱镜改变光轴的路径方向,其方式会于后面描述。0043镜片组102是设置在光轴上,但是可以沿着光轴前后移动,达到广角与望远的变焦。图1A是镜片组102被调置在广角端WIDEPOSITION的情形,其中物距是以2M为例。图1B是镜片组102的位置是被调置在长焦端TELEPOSITION的情形。换句话说,镜片组102从广角端到长焦端的位置。

18、变化例如是由像方到物方移动,也就是如在附图中是由右向左移动。0044镜片组102的作用除了可以同时达到变焦与对焦的调整,可以使像高较高,不因液态透镜口径的限制而影响像高,像高较高表示可以用面积较大的影像感测面板150,面积较大的影像感测面板150像素较多,可以表现较高的分辨率。0045镜片组102的总光焦度例如是正值。镜片组102例如包括至少一镜片与一液态透镜单元110。至少一镜片例如是由固态镜片所组成的次镜片组108。液态透镜单元110具有可调的光焦度。次镜片组108包括至少一个光焦度不为零的镜片。又次镜片组108是与液态透镜单元110可以是分离设置或是整合设置。又,镜片组102可以包括一光。

19、圈STOP,例如是设置在次镜片组108与液态透镜单元110之间,以增加进光量。0046镜片组104设置在光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度,其与其它二个镜说明书CN102053344ACN102053351A4/11页7片组100、102的关系是,镜片组102介于镜片组100与镜片组104之间。镜片组104也是由至少一片光焦度不为零的镜片所组合,但是较佳的方式例如采用单一片的镜片。于本实施例,镜片组104的总光焦度例如是负值。0047图23为依据本发明一实施例,以图1的具有液态镜片的变焦镜头模块,针对不同物距的剖面结构示意图。0048参阅图2,用图1的相同结构,但是针对物距为25CM的取像。

20、操作时,镜片组102会有不同的位置。在图2A,镜片组102的位置是调整在广角端。在图2B,镜片组102的位置是调整在长焦端。另外,液态透镜单元110的光焦度会随着变化以补偿成像位置。液态透镜单元110的光焦度变化是利用外部控制液态透镜单元110中的液体界面的曲率。0049参阅图3,其也是以图1的相同结构,但是针对物距为10CM的取像操作。镜片组102在图3A是调整在广角端的位置。镜片组102在图3B是调整在长焦端的位置。相似情形,液态透镜单元110中的液体界面的曲率也随着由广角端到长焦端的变化而变化,例如更凸向物方的变化。0050图4为依据本发明一实施例,液态透镜单元110的结构变化剖面示意图。

21、。参阅图4A,就一般的液态透镜的结构而言,如传统方式会包括液体部110A,由二种液体,例如水与油组成,另外还有二个透光基板光焦度为0,110B、110C在液体部110A的两端,又再配合外壁110D将液体部110A包围成为液态透镜单元110。如传统方式,外壁110D上会有电极结构利用一般所知的电润湿法ELECTROWETTING的机制改变曲面的曲率。0051参阅图4B,以图4A的传统架构为基础,配合镜片组102中的镜片组108所需要的光焦度,镜片组108可以与液态透镜单元110整合。这就是说,图4A中的透光基板110B可以也具有光焦度,因此可以取代镜片组108的至少一部分的构件。0052参阅图4。

22、C,其与图4B是类似的机制,将图4A中的透光基板110C改变为具有光焦度的结构,其也是配合镜片组108的整体设计达到镜片组102所需要的总光焦度变化。0053参阅图4D,其与图4B是类似的机制,更将图4A中的二个透光基板110B、110C都改变为具有光焦度的结构,其也是配合镜片组108的整体设计达到镜片组102所需要的总光焦度变化。0054图5为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数MTF随着空间频率变化的特性仿真示意图。参阅图5,对应图1在物距为2M的操作条件下,图5A是广角端的特性,图5B是长焦端的特性。参阅图6,其是对应图2在物距为25CM的操作条件下的调幅转换函数特性。参阅图7,其是对。

23、应图3在物距为10CM的操作条件下的调幅转换函数特性。换句话说,本发明的设计是具有实际效用的设计。0055图810为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图。参阅图8,其是对应图1的操作条件在物距为2M的纵向球差LONGITUDINALSPHERICALABERRATION,像散场曲线ASTIGMATICFIELDCURVE以及畸变DISTORTION的特性。图8A是广角端的特性,图8B是长焦端的特性。参阅图9,其是对应图2的操作条件在物距为25CM的纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。图9A是广角端的特性,图9B是长焦端的特性。参阅图10,其是对应图3的操作条。

24、件在物距为10CM的纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。图10A是广角端的特性,图10B是长焦端的特性。说明书CN102053344ACN102053351A5/11页80056在图1的实施例中,分别镜片的曲面型态SURFACETYPE、曲率半径RADIUS、厚度THICKNESS以及材料等的实施例如表一到表四所列。0057表一0058曲面序号曲面型态半径MM厚度MMND,VD物件球面10E18200011非球面1239964421694,5632非球面23411349681323非球面3930740912624028153,5574非球面4606272091017735非球面54863689。

25、21639,236非球面62055857038726877非球面7373912407153,5578非球面854335801657301光圈球面10E1805510球面10E1803151,56411球面10E180293148,38412球面11173550364139,58713球面10E18055151,56414球面10E180622615非球面96840498071639,2316非球面1064405472089355517球面10E1803151,56418球面10E180影像球面10E180说明书CN102053344ACN102053351A6/11页900590060在表一中。

26、,曲面型态是球面与非球面的组合,其顺序是由左到右从镜片106开始到影像感测面板150的背面的18个面。影像感测面板150的背面是成像面。厚度是指从表面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数ND与ABBE数值ABBENUMBERVD表示,其中具有“”表记的数值变化由表四描述。0061表二与表三描述非球面的型态。表四描述针对2M,25CM、10CM的三种物距下对应广角端与长焦端的位置,其对应表一中的厚度。0062表二0063非球面1非球面2非球面3非球面4非球面5Y半径239964393411349193074094606272448636888圆锥常数000004TH系数00006844000。

27、162700108070002456000878566TH系数58E6222E5124E4115E400005758TH系数219E8499E626E7371E6647E610TH系数612E9865E7227E737E10165E500640065表三0066非球面6非球面7非球面8非球面9非球面10Y半径2055857337391245433586840497664405466圆锥常数0520344400004TH系数0007524500035020010958002423300236486TH系数00017430000574000202700007279000049718TH系数586E。

28、5856E40000626792E538E510TH系数580E4332E50000289512E5116E5说明书CN102053344ACN102053351A7/11页100067表四0068123456F/焦距广角2000681303202903611173410622034279832长焦200020230427230376543506653528广角250681303203103413442306220342802315长焦25020250493981265435066534777广角1006813032033032409842806220342782308长焦1002029036。

29、185036254350665327430069在前述的实施例,镜片组104的总焦度是设计为负值。然而,镜片组104的总焦度也可以设计为正值。图1113绘示依据本发明另一实施例,变焦镜头模块剖面示意图。参阅图11,本实施例的变焦镜头模块也是由三个镜片组所组成,其总光焦度例如分别为负、正、正的设计。个镜片组200仍以单一镜片为例。镜片组202包含次镜片组208与一液态透镜单元210。镜片组204也例如是以单一镜片为例。图11A是物距为2M且镜片组202调在广角端的位置。图11B是物距为2M且镜片组202调在长焦端的位置。镜片组202的作用与图1的镜片组102的作用相似,做为变焦与对焦的功用,其中。

30、液态透镜单元210的作用机制相同。0070于图11的实施例中,由于镜片组204的总光焦度是采用正值的设计,其成像位置212例如可以是落在影像感测面板206的后方。当然,这不是唯一的设计方式。0071于图12的实施例,图12A是物距为25CM且镜片组202调在广角端的位置。图12B是物距为25CM且镜片组202调在长焦端的位置。0072于图13的实施例,图13A是物距为10CM且镜片组202调在广角端的位置。图13B是物距为10CM且镜片组202调在长焦端的位置。0073图1416为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数MTF随着空间频率变化的特性仿真示意图。从图1416的仿真数据来看,MTF随。

31、着空间频率变化的特性也是在良好操作的范围。0074对应图1113,图14A是物距为2M且镜片组202调在广角端的位置。图14B是物距为2M且镜片组202调在长焦端的位置。图15A是物距为25CM且镜片组202调在广角端的位置。图15B是物距为25CM且镜片组202调在长焦端的位置。图16A是物距为10CM且镜片组202调在广角端的位置。图16B是物距为10CM且镜片组202调在长焦端的位置。0075图1719为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图。图1719是针对图1113的操作,其纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。一样地,左边的A图是在广角端,右边的B图。

32、是在长焦端。从数据显示,本实施例也是在良好操作的范围。说明书CN102053344ACN102053351A8/11页110076在图11的实施例中,分别镜片的曲面型态SURFACETYPE、曲率半径RADIUS、厚度THICKNESS以及材料等的实施例如表五到表八所列。0077表五0078序号曲面型态半径MM厚度MMND,VD物件球面10E18200011非球面1917744281251694,5632非球面225508006605823非球面3550214164241539113153,5574非球面4617947730302651065非球面54421639,236非球面62185873。

33、22033975837非球面76307153,5578非球面88913888206光圈球面10E180110球面10E1803151,56411球面10E180313148,38412球面15050344139,58713球面10E18055151,56414球面10E18084095615非球面937918011639,2316非球面1044109391205953587917球面10E1803151,56418球面10E1802影像球面10E180说明书CN102053344ACN102053351A9/11页1200790080在表五中,曲面型态是球面与非球面的组合,其顺序是由左到右从镜。

34、片200开始到感测面板206后的影像成像面212有18个面。成像面与影像感测面板206允许有一些移位。厚度是指从表面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数ND与ABBE数值ABBENUMBERVD表示,其中具有“”表记的数值变化由表八描述。0081表六与表七描述非球面的型态。表八描述针对2M,25CM、10CM的三种物距下对应广角端与长焦端的位置,其对应表一中的厚度。0082表六0083非球面1非球面2非球面3非球面4非球面5Y半径9262549525279222538055095493353452282圆锥常数006805960004TH系数001488000437100016520002。

35、16900047576TH系数158E50000123117E4671E500003018TH系数291E8368E6104E7659E7483E0610TH系数433E10956E8294E8218E8748E60084表七0085非球面6非球面7非球面8非球面9非球面10Y半径214997763979746338190755371575圆锥常数060128300206226219426344TH系数00021590044674002600600063300179396TH系数000080003185000272000200500012788TH系数0000132841E5000138600。

36、001290000310TH系数469E500005190000986111E5961E500860087表八说明书CN102053344ACN102053351A10/11页130088123456F/焦距广角200065183370310341500824866332长焦20002031034150534320264938广角2506518337035031634608248663017315长焦25020350316130353432026472777广角100651833703902666223608248662998308长焦10020390266680925343202644274。

37、30089图2022为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。参阅图20A,本实施例也是由三个镜片组300、302、304所组成,用以成像在影像感测面板306上。图2022分别对应物距为2M、25CM、10CM的操作。操作机制与前述的实施例相同,而不再详细描述。0090本实施例的特点在于镜片组302的简化设计。镜片组302除了有液态透镜单元310外,次镜片组308是以单一镜片的方式设计。光圈是设置在次镜片组308与液态透镜单元310之间,以限定入射光进入液态透镜单元310的范围。光圈的作用如一般所知。0091图23为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结。

38、构示意图。参阅图23,基于空间的安排,接近物方的镜片组100也可以增加一棱镜400,以改变光轴路径。由于镜片组100是在固定位置,棱镜400的设置位置也是固定,不会随镜片组102在变焦调整时所做的移动而移动。换句话说,加入棱镜400后的操作与设计机制仍相同。0092本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计,变焦时只需移动一个镜组,对焦时没有任何光学组件需要移动,近拍时画质仍维持清晰,允许液态透镜的液体顺序安排有较大自由度,因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明使用液态透镜做变焦时像面位置补偿改变放大倍率和对焦相同放大倍率不同物距的像面位置补偿的双重功效,提供更高的。

39、光学变焦倍数25倍,更大的光圈F/28更亮,分辨率更高,能应用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器SENSOR,2M1/4”,像差校正能力强,进而达到降低成本的设计方法。液态透镜的技术是已被研发的现有技术,允许并入变焦的镜片组中。0093光圈设置的位置能有效减小液态透镜口径的需求,因目前液态透镜口径例如是34MM,所以光圈设置的位置要尽量靠近液态透镜。而高画质200万像素以上影像传感器的对角线总长多半大于44MM,基于空间限制光圈和液体镜片需设置在远离影像传感器,基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量离轴光束被液体镜片遮蔽,造成影像传感器中央和边缘的亮度差超过50。光圈设置在液体镜片。

40、附近可以达成近轴和离轴光束全部获大部分通过液体镜片。本发明光学变焦的设计可提升镜头模块的效能达到更亮,分辨率RESOLUTION更高。0094虽然本发明已以实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,任何本技术领域中说明书CN102053344ACN102053351A11/11页14普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与完善,故本发明的保护范围当视后附的申请专利保护范围所界定者为准。说明书CN102053344ACN102053351A1/23页15图1说明书附图CN102053344ACN102053351A2/23页16图2说明书附图CN102053344ACN102。

41、053351A3/23页17图3说明书附图CN102053344ACN102053351A4/23页18图4说明书附图CN102053344ACN102053351A5/23页19图5说明书附图CN102053344ACN102053351A6/23页20图6说明书附图CN102053344ACN102053351A7/23页21图7说明书附图CN102053344ACN102053351A8/23页22图8说明书附图CN102053344ACN102053351A9/23页23图9说明书附图CN102053344ACN102053351A10/23页24图10说明书附图CN102053344。

42、ACN102053351A11/23页25图11说明书附图CN102053344ACN102053351A12/23页26图12说明书附图CN102053344ACN102053351A13/23页27图13说明书附图CN102053344ACN102053351A14/23页28图14说明书附图CN102053344ACN102053351A15/23页29图15说明书附图CN102053344ACN102053351A16/23页30图16说明书附图CN102053344ACN102053351A17/23页31图17说明书附图CN102053344ACN102053351A18/23页32图18说明书附图CN102053344ACN102053351A19/23页33图19说明书附图CN102053344ACN102053351A20/23页34图20说明书附图CN102053344ACN102053351A21/23页35图21说明书附图CN102053344ACN102053351A22/23页36图22说明书附图CN102053344ACN102053351A23/23页37图23说明书附图CN102053344A。

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