專利名稱：變焦鏡頭和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭以及裝備了它的成像裝置，由于它緊湊的尺寸和可變光焦度，所述變焦鏡頭適合數(shù)字輸入輸出裝置的成像光學(xué)系統(tǒng)，例如數(shù)碼照相機及數(shù)碼視頻照相機。
背景技術(shù)：
近年，已經(jīng)目睹了成像裝置的廣泛傳播，例如裝備有固態(tài)成像單元的數(shù)碼照相機。隨著數(shù)碼照相機變得比以前更加普及，要求它們有改進(jìn)的圖像質(zhì)量。特別地，裝備有固態(tài)成像單元有大量象素的這些數(shù)碼照相機需要成像鏡頭，特別是有好的成像性能的變焦鏡頭。也需要它們尺寸小，所以對小尺寸高性能的變焦鏡頭有強烈的需求。(見日本專利2750775[專利文獻(xiàn)1])。另一方面，在透鏡間插入棱鏡通過彎折光學(xué)系統(tǒng)在光軸的方向上減小變焦鏡頭的尺寸的嘗試在進(jìn)行。(見日本專利特開平248318-1996號公報[專利文獻(xiàn)2])。
在銀鹽膠片的傳統(tǒng)物鏡快門照相機的情況下，對于在物側(cè)有正的折射率和在像側(cè)有負(fù)的折射率的光學(xué)系統(tǒng)，插入棱鏡是減小透鏡直徑和長度(或減小整個鏡頭尺寸)的十分有效的方法。不幸的是，因為微透鏡出瞳接近像面并排列在固態(tài)成像單元前，所以不允許微透鏡充分展示它們的聚光性能。問題是從像的中央到像的邊緣，像的亮度極端地變化。
因為光學(xué)系統(tǒng)采用的是負(fù)透鏡組作為光焦度受限的尾透鏡組，在裝備有固態(tài)成像單元(公開在專利文獻(xiàn)1中)的光學(xué)系統(tǒng)中，小型化的目的不能充分地獲得。在專利文獻(xiàn)2公開的光學(xué)系統(tǒng)中，通過在正-負(fù)-正-正變焦類型插入棱鏡彎折光軸，被設(shè)計為在光軸方向減小尺寸，因為光學(xué)系統(tǒng)采用尺寸大的反射構(gòu)件和前透鏡，小型化的目的也不能充分地獲得。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而完成的。因此，本發(fā)明針對變焦鏡頭以及裝備了它的成像裝置。變焦鏡頭包括以可變間隔排列的多個透鏡組并因此能光焦度變化。而且，它包括彎折光軸的反射構(gòu)件，且它的透鏡組的特征在于，尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))由之間插入有空氣層的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成，從物側(cè)順序地排列它們。
另外，本發(fā)明針對變焦鏡頭以及裝備了它的成像裝置。變焦鏡頭包括以可變間隔排列的多個透鏡組并因此能光焦度變化。而且，它具有透鏡組，其特征在于，尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))有負(fù)的折射率，并由之間插入有空氣層的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成，從物側(cè)順序地排列它們。
本發(fā)明的優(yōu)點是，能小型化整個透鏡系統(tǒng)，且能遠(yuǎn)離像面放置入瞳位置，這導(dǎo)致變焦鏡頭以及裝備了它的成像裝置的尺寸減小和厚度減小
圖1是顯示第一個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列圖，其調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖2是顯示第二個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列圖，其調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖3是顯示第三個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列圖，其調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖4是顯示第四個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列圖，其調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖5A～5C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到短焦距的末位置時，第一實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖6A～6C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到中焦距的位置時，第一實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖7A～7C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到長焦距的末位置時，第一實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖8A～8C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到短焦距的末位置時，第二實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖9A～9C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到中焦距位置時，第二實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖10A～10C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到長焦距的末位置時，第二實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖11A～11C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到短焦距的末位置時，第三實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖12A～12C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到中焦距位置時，第三實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖13A～13C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到長焦距的末位置時，第三實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖14A～14C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到短焦距的末位置時，第四實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖15A～15C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到中焦距位置時，第四實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
圖16A～16C是顯示當(dāng)調(diào)節(jié)到長焦距的末位置時，第四實施例的變焦鏡頭經(jīng)歷的像差的圖。
具體實施例方式
通過參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將對本發(fā)明做更詳細(xì)描述。在實施例中舉例說明的變焦鏡頭是緊湊的，打算供成像裝置使用，例如視頻照相機和數(shù)碼照相機。本發(fā)明包括具有多個透鏡組并變化光焦度以響應(yīng)透鏡組之間間隔的變化的類型的變焦鏡頭，其包括反射構(gòu)件，以彎折通過透鏡組以及由之間插入有空氣層的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成(從物側(cè)順序地排列它們)的尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))的光軸。本發(fā)明也包括裝備有成像單元的成像裝置，成像單元將變焦鏡頭形成的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號。
按照本實施例的變焦鏡頭，應(yīng)該優(yōu)選地構(gòu)成透鏡組，以使第一透鏡組(從物側(cè)計數(shù))是固定的并包括所述的反射構(gòu)件。而且，在按照本實施例的變焦鏡頭中，應(yīng)該優(yōu)選地構(gòu)成透鏡組，以使尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))有負(fù)的折射率。
在按照本實施例的變焦鏡頭中，尾透鏡組的負(fù)透鏡組應(yīng)最好滿足由下列不等式(1)限定的條件。
0.9＜|fa/fw|＜1.25其中fa表示尾透鏡組中的負(fù)透鏡組的焦距，且fw表示廣角端的焦距。
上面給的不等式(1)限定尾透鏡組中負(fù)透鏡組的焦距。如果焦距小于不等式(1)的下限，那么校正邊緣慧差和放大色差將是困難的。如果焦距大于不等式(1)的上限，那么負(fù)透鏡組有弱的光焦度，這妨礙小型化。
在按照本發(fā)明的變焦鏡頭可由多個透鏡組單獨組成，省略掉上面提到的反射構(gòu)件。隨便提及，在使用棱鏡作為反射構(gòu)件以彎折光軸的情況下，理想的是選擇由高折射率的玻璃制造的棱鏡。
(實施例)下面給出的是本發(fā)明的實施例的說明。圖1是顯示第一個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列的圖。圖中的箭頭代表軌跡，沿著該軌跡移動，透鏡組從廣角位置到遠(yuǎn)角位置。第一個實施例中的變焦鏡頭由第一透鏡組GR1(正的)、第二透鏡組GR2(負(fù)的)、第三透鏡組GR3(正的)、第四透鏡組GR3(正的)和第五透鏡組GR2(負(fù)的)組成，它們從物側(cè)順序排列。第一透鏡組GR1由負(fù)透鏡G1、將光軸彎折90度的直角棱鏡G2、以及兩側(cè)為非球面的正透鏡G3組成。
第二透鏡組GR2由接合在一起的負(fù)透鏡G4、負(fù)透鏡G5和正透鏡G6組成。第三透鏡組GR3是兩側(cè)為非球面的正透鏡G7。第四透鏡組GR4由接合在一起的在物側(cè)具有非球面的正透鏡G8和負(fù)透鏡G9組成。第五透鏡組GR5由接合在一起的負(fù)透鏡G10和正透鏡G11、以及正透鏡G12組成。隨便提及，“LPF”表示濾光器、“CG”表示蓋玻片、以及“IMG”表示成像單元的受光面。
圖2是顯示第二個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列的圖。圖中的箭頭代表軌跡，沿著該軌跡移動，透鏡組從廣角位置到遠(yuǎn)角位置。第二個實施例中的變焦鏡頭由第一透鏡組GR1(正的)、第二透鏡組GR2(負(fù)的)、第三透鏡組GR3(正的)、第四透鏡組GR4(正的)和第五透鏡組GR5(負(fù)的)組成，它們從物側(cè)順序排列。第一透鏡組GR1由負(fù)透鏡G1、將光軸彎折90度的直角棱鏡G2、以及兩側(cè)為非球面的正透鏡G3組成。
第二透鏡組GR2由接合在一起的負(fù)透鏡G4、負(fù)透鏡G5和正透鏡G6組成。第三透鏡組GR3是兩側(cè)為非球面的正透鏡G7。第四透鏡組GR4由兩側(cè)為非球面的正透鏡G8和負(fù)透鏡G9組成。第五透鏡組GR5由負(fù)透鏡G10和正透鏡G11組成。隨便提及，“LPF”表示濾光器、“CG”表示蓋玻片、以及“IMG”表示成像單元的受光面。
圖3是顯示第三個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列的圖。圖中的箭頭代表軌跡，沿著該軌跡移動，透鏡組從廣角位置到遠(yuǎn)角位置。第三個實施例中的變焦鏡頭由第一透鏡組GR1(正的)、第二透鏡組GR2(負(fù)的)、第三透鏡組GR3(正的)、第四透鏡組GR4(正的)和第五透鏡組GR5(負(fù)的)組成，它們從物側(cè)順序排列。第一透鏡組GR1由負(fù)透鏡G1、將光軸彎折90度的直角棱鏡G2、以及在兩側(cè)為非球面的正透鏡G3組成。
第二透鏡組GR2由接合在一起的負(fù)透鏡G4、負(fù)透鏡G5和正透鏡G6組成。第三透鏡組GR3是兩側(cè)為非球面的正透鏡G7。第四透鏡組GR4由接合在一起的在物側(cè)具有非球面的正透鏡G8和負(fù)透鏡G9組成。第五透鏡組GR5由接合在一起的負(fù)透鏡G10和正透鏡G11、以及正透鏡G12組成。隨便提及，“LPF”表示濾光器、“CG”表示蓋玻片、以及“IMG”表示成像單元的受光面。
圖4是顯示第四個實施例中的變焦鏡頭的透鏡排列的圖。圖中的箭頭代表軌跡，沿著該軌跡移動，透鏡組從廣角位置到遠(yuǎn)角位置。第四個實施例中的變焦鏡頭由第一透鏡組GR1(正的)、第二透鏡組GR2(負(fù)的)、第三透鏡組GR3(正的)、第四透鏡組GR4(正的)和第五透鏡組GR5(負(fù)的)組成，其從物側(cè)順序排列。第一透鏡組GR1由負(fù)透鏡G1、將光軸彎折90度的直角棱鏡G2、以及在兩側(cè)為非球面的正透鏡G3組成。
第二透鏡組GR2由接合在一起的負(fù)透鏡G4、負(fù)透鏡G5和正透鏡G6組成。第三透鏡組GR3是兩側(cè)為非球面的正透鏡G7。第四透鏡組GR4由接合在一起的在物側(cè)具有非球面的正透鏡G8和負(fù)透鏡G9組成。第五透鏡組GR5由接合在一起的負(fù)透鏡G10和正透鏡G11、以及在物側(cè)具有非球面的正透鏡G12組成。隨便提及，“LPF”表示濾光器、“CG”表示蓋玻片、以及“IMG”表示成像單元的受光面。
下面的表1至4顯示實施例一至四中的變焦鏡頭的規(guī)格。
表1FNo.＝3.60～3.82～4.33f＝6.88～11.75～20.13ω＝30.15～17.69～10.41
表2FNo.＝3.60～3.91～4.56f＝6.91～11.60～19.52ω＝29.96～17.97～10.74
表3FNo.＝3.60～3.80～4.36f＝6.88～11.76～19.78ω＝30.17～17.74～10.58
表4FNo.＝3.60～3.81～4.25f＝6.83～11.68～19.54ω＝30.24～17.80～10.72
上述表中符號的意思如下。
F No.表示F編號，f表示焦距，ω表示半場角，R表示曲率半徑，d表示一個透鏡面到下一個的間隔，nd表示對d線的折射率，νd表示阿貝數(shù)。
ASP表示非球面，由下式限定非球面的形狀。
x=y2·c21+1-ϵ·y2·c2+ΣAi·Yi]]>其中x在光軸上測得的距透鏡面頂點的距離y與光軸垂直方向測得的高度c在透鏡頂點測得的近軸曲率ε圓錐常數(shù)Ai第i次的非球面系數(shù)下面的表5顯示上面所給的不等式(1)中的fa/fw的值，可適用于實施例一至四中的每一個。
表5
圖5A～16C顯示在實施例中觀察到的像差。
圖5A～5C是實施例一中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到短焦距的末端位置。
圖6A～6C是實施例一中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到中焦距的位置。
圖7A～7C是實施例一中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到長焦距的末位置。
圖8A～8C是實施例二中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖9A～9C是實施例二中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到中焦距的位置。
圖10A～10C是實施例二中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到長焦距的末位置。
圖11A～11C是實施例三中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖12A～12C是實施例三中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到中焦距的位置。
圖13A～13C是實施例三中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到長焦距的末位置。
圖14A～14C是實施例四中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到短焦距的末位置。
圖15A～15C是實施例四中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到中焦距的位置。
圖16A～16C是實施例四中的像差的圖，變焦鏡頭調(diào)節(jié)到長焦距的末位置。
在顯示球面像差的圖中，縱坐標(biāo)代表對開放F值的比率，橫坐標(biāo)代表散焦，且實線、虛線和點劃線分別代表d-線、c-線和g-線的球面像差。在顯示球面像散的圖中，縱坐標(biāo)代表像高且橫坐標(biāo)代表聚焦，實線和虛線分別代表弧矢像面(sagittal image surface)和子午像面(meridional image surface)。在顯示圖像失真的圖中，縱坐標(biāo)代表像高且橫坐標(biāo)代表失真(％)。
如表5所示，按照第一至第四實施例的變焦鏡頭滿足不等式(1)。如實施例中像差的每一個圖所示，適當(dāng)?shù)匦Ｕ兘圭R頭調(diào)節(jié)到廣角端位置、中間位置(廣角端位置和遠(yuǎn)端位置之間)和遠(yuǎn)端位置的每一個像差。
前述的說明是關(guān)于本發(fā)明的公開的一些優(yōu)選的實施例，意思是作為優(yōu)選的實施例所示的所用實物的配置和結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)解釋為說明性的而不是限制性的。
因此，本發(fā)明有助于視頻照相機和數(shù)碼照相機所用的變焦鏡頭的提高(成像性能)和小型化。
工業(yè)上的應(yīng)用性屬于本發(fā)明的變焦鏡頭不僅可適用于如數(shù)碼照相機和數(shù)碼視頻照相機的成像裝置，而且也適用于組裝在移動電話、個人計算機和PDA(個人數(shù)字助理)中的其他成像裝置。
權(quán)利要求
1.一種有多個透鏡組并變化光焦度以響應(yīng)所述透鏡組之間間隔變化的類型的變焦鏡頭，其包括彎折通過所述透鏡組的光軸的反射構(gòu)件以及由之間插入空氣層(從物側(cè)順序排列)的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成的尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中構(gòu)成所述透鏡組以使第一透鏡組(從物側(cè)計數(shù))固定且包括所述反射構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中構(gòu)成所述透鏡組以使所述尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))有負(fù)的折射率。
4.一種有多個透鏡組并變化光焦度以響應(yīng)所述透鏡組之間間隔變化的類型的變焦鏡頭，其包括由之間插入空氣層(從物側(cè)順序排列)的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成的尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述透鏡組由五個透鏡組組成。
6.如權(quán)利要求4所述的變焦鏡頭，其中所述透鏡組由五個透鏡組組成。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述尾透鏡組的負(fù)透鏡組滿足由下面的不等式(1)限定的條件，0.9＜|fa/fw|＜1.25其中fa表示所述尾透鏡組中的負(fù)透鏡組的焦距，fw表示其廣角端的焦距。
8.如權(quán)利要求4所述的變焦鏡頭，其中所述尾透鏡組的負(fù)透鏡組滿足由下面的不等式(1)限定的條件，0.9＜|fa/fw|＜1.25其中fa表示所述尾透鏡組中的負(fù)透鏡組的焦距，fw表示其廣角端的焦距。
9.一種裝備變焦鏡頭并且也裝備成像單元的成像裝置，所述變焦鏡頭有多個透鏡組且變化光焦度以響應(yīng)所述透鏡組之間間隔變化的，所述成像單元將所述變焦鏡頭形成的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號，其中所述變焦鏡頭包括彎折光軸的反射構(gòu)件以及由之間插入空氣層(從物側(cè)順序排列)的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成的尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))。
10.如權(quán)利要求9所述的成像裝置，其中構(gòu)成所述透鏡組以使所述第一透鏡組(從物側(cè)計數(shù))固定且包括所述反射構(gòu)件。
11.如權(quán)利要求9所述的成像裝置，其中構(gòu)成所述透鏡組以使尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))有負(fù)的折射率。
12.一種裝備變焦鏡頭并且也裝備成像單元的成像裝置，所述變焦鏡頭有多個透鏡組且變化光焦度以響應(yīng)所述透鏡組之間間隔的變化，所述成像單元將所述變焦鏡頭形成的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號，其中所述變焦鏡頭包括由之間插入空氣層(從物側(cè)順序排列)的負(fù)透鏡組和正透鏡組組成的尾透鏡組(從物側(cè)計數(shù))。
13.如權(quán)利要求9所述的成像裝置，其中所述透鏡組由五個透鏡組組成。
14.如權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中所述透鏡組由五個透鏡組組成。
15.如權(quán)利要求9所述的成像裝置，其中所述尾透鏡組的負(fù)透鏡組滿足由下面的不等式(1)限定的條件，0.9＜|fa/fw|＜1.25其中fa表示所述尾透鏡組中的負(fù)透鏡組的焦距，fw表示其廣角端的焦距。
16.如權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中所述尾透鏡組的負(fù)透鏡組滿足由下面的不等式(1)限定的條件，0.9＜|fa/fw|＜1.25其中fa表示所述尾透鏡組中的負(fù)透鏡組的焦距，fw表示其廣角端的焦距。
全文摘要
所公開的是在深度方向上厚度和尺寸減小的變焦鏡頭。本發(fā)明的變焦鏡頭由多個透鏡組組成(GR1至GR5)，以使它變化光焦度以響應(yīng)透鏡組之間間隔的變化。所述透鏡組還有棱鏡G2以彎折通過透鏡組(GR1至GR5)的光軸。尾透鏡組G5(從物側(cè)計數(shù))由之間插入有空氣間隔的負(fù)透鏡組和正透鏡組(從物側(cè)順序排列)組成。本發(fā)明也提供裝備有將所述變焦鏡頭形成的光學(xué)像轉(zhuǎn)換為電信號的成像單元的成像裝置。
文檔編號G02B13/18GK1701254SQ20048000120
公開日2005年11月23日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者田村正樹 申請人:索尼株式會社