專利名稱：圖像拍攝裝置和變焦透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像拍攝裝置和變焦透鏡，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種具有光軸折向裝置的變焦透鏡和使用該變焦透鏡的圖像拍攝裝置，以及能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)中成像裝置尺寸的增大和數(shù)碼相機(jī)厚度的減小的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)碼相機(jī)的年銷售量已經(jīng)超過(guò)了膠卷照相機(jī)，并以令人驚異的速度普及。與便攜式膠卷照相機(jī)相比，市場(chǎng)上流行的數(shù)碼相機(jī)類型(特別是所謂的便攜式數(shù)碼相機(jī))體積小、重量輕、并且操作成本低，同時(shí)允許使用者在拍攝每個(gè)圖像之后立即在其液晶顯示屏幕上確認(rèn)拍攝結(jié)果。這被認(rèn)為是便攜式數(shù)碼相機(jī)得到普及的原因。
使便攜式數(shù)碼相機(jī)小型化的主要問(wèn)題很大程度上在于所使用透鏡的厚度，大量的數(shù)碼相機(jī)采用的是伸縮式鏡筒，即所謂的可收回透鏡，當(dāng)不使用的時(shí)候能夠?qū)⑵渲糜谙鄼C(jī)內(nèi)，進(jìn)入便攜、收縮狀態(tài)。然而，這種可收回透鏡具有容易受外力震動(dòng)而損壞的巨大缺點(diǎn)。
與可收回透鏡相反，如日本專利申請(qǐng)公開第2004-354869號(hào)(專利文獻(xiàn)1)、日本專利申請(qǐng)公開第2004-193848號(hào)(專利文獻(xiàn)2)和日本專利申請(qǐng)公開第2004-170707號(hào)(專利文獻(xiàn)3)所披露的，有一種薄型便攜式數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)在透鏡系統(tǒng)中設(shè)置光軸折向部件來(lái)使其變薄，該光軸折向部件作為抗震裝置能夠減小相機(jī)的厚度。這種所謂的折向光學(xué)系統(tǒng)能夠減小相機(jī)的厚度，但是需要用于設(shè)置像棱鏡和鏡子這樣的反射部件的空間。此外，反射部件不但對(duì)變焦透鏡中的變焦功能或者圖像形成功能沒有貢獻(xiàn)，還占據(jù)了變焦透鏡中原本不必要的空間。其結(jié)果是，這種反射部件導(dǎo)致了透鏡體積的增加，并妨礙了相機(jī)的小型化。為此，在采用折向光學(xué)系統(tǒng)的便攜式數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域中，已經(jīng)通過(guò)采用小屏幕尺寸的成像裝置來(lái)達(dá)到相機(jī)的小型化。
但是，如果通過(guò)只保留能夠確保高分辨率的有效像素?cái)?shù)量來(lái)使成像裝置的屏幕尺寸變小，那么像素間距將變細(xì)，并且用于光電轉(zhuǎn)換的感應(yīng)器的一個(gè)像素的區(qū)域?qū)⒆兊煤苄?，以致敏感度降低并且噪聲增大。其結(jié)果是，這種構(gòu)造容易引起明亮對(duì)象中高亮細(xì)節(jié)的明顯損失和黑暗對(duì)象中陰影細(xì)節(jié)的明顯損失，考慮到圖像質(zhì)量，對(duì)可收回透鏡不利。
此外，即使通過(guò)采用小型成像裝置達(dá)到透鏡的小型化，但是相比它的有效屏幕大小，成像裝置的包裝(package)的外部尺寸仍然相當(dāng)大，以致相機(jī)的厚度受到包裝大小的限制，并且厚度減小的程度受到限制。
盡管便攜式數(shù)碼相機(jī)通過(guò)將小尺寸成像裝置同可收回透鏡或者折向透鏡相結(jié)合來(lái)追求小型化，但是要滿足更高圖像質(zhì)量的要求需要設(shè)計(jì)高圖像質(zhì)量的數(shù)碼相機(jī)。通過(guò)采用像35mm實(shí)際尺寸裝置或者所謂的APS-C尺寸裝置這樣的大型成像裝置，高圖像質(zhì)量的數(shù)碼相機(jī)即使在高靈敏度設(shè)置的情況下也能夠抑制噪聲的出現(xiàn)，能夠很容易地免由于大范圍的灰度表征所引起的高亮細(xì)節(jié)和陰影細(xì)節(jié)的損失，并且能夠獲得高分辨率。這種數(shù)碼相機(jī)是作為可更換透鏡的單鏡頭反光(single-lens reflex)型或者范圍取景(range finder)型相機(jī)上市的，比便攜式數(shù)碼相機(jī)在體積上明顯更大、重量更重。即使當(dāng)安裝具有3倍變焦比(大約相當(dāng)于便攜式數(shù)碼相機(jī)的平均變焦比)的變焦透鏡的時(shí)候，數(shù)碼相機(jī)的深度尺寸將尤其變大，以致明顯損害便攜性。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，如果通過(guò)采用小尺寸成像裝置將具有變焦透鏡的便攜式數(shù)碼相機(jī)小型化，那么在噪音、灰度表征等方面不能獲得高質(zhì)量圖像，但是如果追求高圖像質(zhì)量，在安裝變焦透鏡的情況下，需要可換透鏡型相機(jī)，導(dǎo)致尺寸增大重量加重。在市場(chǎng)上，對(duì)便攜式數(shù)碼相機(jī)和單鏡頭反光相機(jī)之間的交叉品，具有變焦透鏡的便攜式數(shù)碼相機(jī)的需求仍然很大，因此通過(guò)采用具有足以獲得高圖像質(zhì)量的大小的成像裝置來(lái)保持高圖像質(zhì)量。
如上所述，厚度的減小對(duì)小型化相當(dāng)重要，并且如果應(yīng)用上面列舉的專利文獻(xiàn)1，能夠?qū)⒆兘雇哥R深度變薄。然而，折向光學(xué)系統(tǒng)本質(zhì)上是一種增加透鏡本身體積的技術(shù)，如果在與小屏幕尺寸的成像裝置結(jié)合實(shí)現(xiàn)的便攜式相機(jī)中透鏡系統(tǒng)根據(jù)大屏幕尺寸成比例放大，那么鏡筒的折疊長(zhǎng)度最好不變得太長(zhǎng)以致阻礙相機(jī)的使用。在專利文獻(xiàn)2和3中所披露的裝置作為用于減小鏡筒折疊長(zhǎng)度的裝置非常有用，但是由于兩個(gè)移動(dòng)透鏡組不在一個(gè)光軸上(在途中不折向)，容易在兩個(gè)移動(dòng)透鏡組之間產(chǎn)生偏心差，并且偏心差的測(cè)量和調(diào)整很困難，以致在保證好的質(zhì)量的時(shí)候很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
此外，如果通過(guò)專利文獻(xiàn)2和3中披露的裝置減小鏡筒的折疊長(zhǎng)度，那么可能有這樣的情況，包含大屏幕尺寸成像裝置的包裝的尺寸會(huì)阻礙相機(jī)厚度的減小。
因此，期望提供一種圖像拍攝裝置，能夠采用大有效屏幕尺寸的成像裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量，并包括通過(guò)將透鏡設(shè)計(jì)為從鏡筒前端小量凸起而具有良好攜帶性的薄機(jī)體。本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題做出。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，并包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)光軸折向裝置；以及成像裝置，設(shè)置在殼體中，用于將由變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有被第一光軸折向裝置折向的第二光軸的正透鏡組，該固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；以及第二光軸折向裝置，相對(duì)于多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上，用于將光軸近似直角折向。通過(guò)在包括第一和第二光軸折向裝置的至少三個(gè)光軸折向裝置中位于最靠近圖像側(cè)位置上的光軸折向裝置，將光軸折向，以使成像裝置設(shè)置為近似平行于殼體的內(nèi)壁面。
因此，在上述圖像拍攝裝置中，成像裝置被設(shè)置為近似平行于殼體的內(nèi)壁面，并且多個(gè)移動(dòng)透鏡組的任何一個(gè)都設(shè)置在第二光軸上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種變焦透鏡，從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一反射裝置和具有被第一反射裝置折向的第二光軸的正透鏡組，該第一透鏡組整體上具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力，并沿著第二光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行倍率改變；第三透鏡組，固定在第二光軸上，并具有正折射力；第四透鏡組，具有正折射力，并沿著第二光軸移動(dòng)來(lái)執(zhí)行聚焦以及校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；第五透鏡組，具有負(fù)折射力，并能夠延伸由第一到第四透鏡組形成的合成焦距和后焦點(diǎn)；和多個(gè)反射裝置。
因此，在上述變焦透鏡中，能夠設(shè)置除第一反射裝置之外的多個(gè)反射裝置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的后焦點(diǎn)。
在上述圖像拍攝裝置中，由于將成像裝置以與殼體的內(nèi)壁面成面對(duì)面的關(guān)系設(shè)置，因此成像裝置包裝的寬度不會(huì)限制圖像拍攝裝置的厚度，即，其在入射到第一透鏡組的光軸方向上的尺寸，并且，不會(huì)阻礙圖像拍攝裝置厚度的減小。此外，由于主透鏡組，特別是多個(gè)移動(dòng)透鏡組，是沿著第二光軸設(shè)置的，因此能夠抑制偏心誤差的出現(xiàn)，并且即使出現(xiàn)了偏心誤差，也能夠輕松地測(cè)量和調(diào)整偏心誤差。
此外，在上述變焦透鏡中，能夠保證長(zhǎng)的后焦點(diǎn)，并且能夠設(shè)置除第一反射裝置之外的多個(gè)反射裝置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的后焦點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，并包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)光軸折向裝置；以及成像裝置，設(shè)置在殼體中，用于將變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有被第一光軸折向裝置折向的第二光軸的正透鏡組，該固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上，用于將光軸近似直角折向；以及第三光軸折向裝置，相對(duì)于第二光軸折向裝置設(shè)置在圖像側(cè)上。通過(guò)第二光軸折向裝置，將第二光軸折向?yàn)榕c包含第一光軸和第二光軸的平面近似平行的第三光軸；并且通過(guò)第三光軸折向裝置，將第三光軸折向，使成像裝置被設(shè)置為近似平行于殼體的內(nèi)壁面。根據(jù)這個(gè)圖像拍攝裝置，光軸折向裝置的數(shù)量限制為三個(gè)，并且其折向方向也有限制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)具有上述第一方面裝置的優(yōu)點(diǎn)的圖像拍攝裝置，還能夠提供一種適合簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的相機(jī)的構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，并包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少四個(gè)光軸折向裝置；以及成像裝置，設(shè)置在殼體中，用于將變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有被第一光軸折向裝置折向的第二光軸的正透鏡組，該固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上；第三光軸折向裝置，相對(duì)于第二光軸折向裝置設(shè)置在圖像側(cè)上；以及第四光軸折向裝置，相對(duì)于第三光軸折向裝置設(shè)置在圖像側(cè)上。通過(guò)第二光軸折向裝置，將第二光軸折向?yàn)榕c包含第一光軸和第二光軸的平面近似平行的第三光軸；通過(guò)第三光軸折向裝置，將第三光軸折向?yàn)榻破叫杏诘诙廨S的第四光軸；以及通過(guò)第四光軸折向裝置，將第四光軸折向，使成像裝置被設(shè)置為近似平行于殼體的內(nèi)壁面。因此，由于設(shè)置了四個(gè)光軸折向裝置，因而能夠?qū)㈤L(zhǎng)的后焦點(diǎn)折向?yàn)槊黠@的狀態(tài)，從而減小殼體的厚度，并使其垂直和水平尺寸最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在圖像拍攝裝置中，第二光軸折向裝置和第三光軸折向裝置被分別構(gòu)造為同一棱鏡的不同反射面，并且該棱鏡的入射面和出射面位于同一個(gè)平面內(nèi)。因此，盡管設(shè)置了四個(gè)光軸折向裝置，但是所有的光軸折向裝置都能夠由三個(gè)棱鏡構(gòu)成，從而能夠降低圖像拍攝裝置的成本和尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，并包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少四個(gè)光軸折向裝置；以及成像裝置，設(shè)置在殼體中，用于將變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有被第一光軸折向裝置折向的第二光軸的正透鏡組，該固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上；第三光軸折向裝置，相對(duì)于第二光軸折向裝置設(shè)置在圖像側(cè)上；以及第四光軸折向裝置，相對(duì)于第三光軸折向裝置設(shè)置在圖像側(cè)上。通過(guò)第二光軸折向裝置，將第二光軸折向?yàn)榻破叫杏诘谝还廨S的第三光軸；通過(guò)第三光軸折向裝置，將第三光軸折向?yàn)榕c包含第二光軸和第三光軸的平面近似垂直的第四光軸；以及通過(guò)第四光軸折向裝置，將第四光軸折向，使成像裝置被設(shè)置為近似平行于殼體的內(nèi)壁面。因此，能夠增加圖像拍攝裝置的設(shè)計(jì)自由度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在圖像拍攝裝置中，第一光軸折向裝置以后的每個(gè)光軸折向裝置都被構(gòu)造為具有折射率和折射角設(shè)置的棱鏡的反射面，以保證對(duì)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的所有有效光線進(jìn)行全反射。因此，由于除第一光軸折向裝置之外的每個(gè)光軸折向裝置都利用棱鏡的全反射來(lái)構(gòu)造，因而能夠?qū)⑼干涔饬康膿p失減到最小。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在圖像拍攝裝置中，容裝成像裝置的包裝在其屏幕短邊上具有至少20mm長(zhǎng)的外部尺寸。因此，能夠同時(shí)高度實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量的保持和相機(jī)的最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在變焦透鏡中，如果第一反射裝置是直角棱鏡的反射面并且該直角棱鏡具有折射率nf，以及如果相對(duì)于第五透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上的多個(gè)反射裝置包括具有全反射面的多個(gè)棱鏡的反射平面并且這些棱鏡具有折射率nr，那么滿足條件式(1)1.8＜nf和(2)1.62＜nr。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)光軸折向裝置的最小化和減小透射光量的損失。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在變焦透鏡中，第一透鏡組中具有第一光軸的負(fù)透鏡組由具有面向物體側(cè)的凸面的一個(gè)凹彎月透鏡構(gòu)成。因此，能夠?qū)⒆兘雇哥R的深度(例如，厚度)最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在變焦透鏡中，第一透鏡組中具有第一光軸的負(fù)透鏡組由一個(gè)凸透鏡和兩個(gè)分別具有面向物體側(cè)的凸面的凹彎月透鏡構(gòu)成，該一個(gè)凸透鏡和兩個(gè)凹彎月透鏡從物體側(cè)開始依次設(shè)置。因此，這兩個(gè)凹透鏡能夠分擔(dān)負(fù)折射能力，從而減小負(fù)透鏡產(chǎn)生的失真、像面彎曲和倍率色差，并且在最靠近物體側(cè)的位置上設(shè)置凸透鏡，從而消除和校正這些像差。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在變焦透鏡中，具有第二光軸并包括在第一透鏡組中的正透鏡組，由將從物體側(cè)開始依次包括凸透鏡、凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，第二透鏡組由從物體側(cè)開始依次設(shè)置的兩個(gè)凹透鏡和一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，第三透鏡組由一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，第四透鏡組是由包括凸透鏡和凹透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，以及第五透鏡組由包括凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，滿足條件式(3)v113a＜30和(4)v113c＜55，其中v113a表示位于最靠近物體側(cè)位置并構(gòu)成第一透鏡組中正透鏡組一部分的凸透鏡的阿貝數(shù)，以及v113c表示構(gòu)成第一透鏡組中正透鏡組部分的粘合透鏡中的凸透鏡的阿貝數(shù)。因此，能夠在實(shí)現(xiàn)最小化和降低成本的同時(shí)，保證長(zhǎng)后焦點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面。在變焦透鏡中，滿足條件式(5)0.65＜|β2T|＜1.1，(6)β5＜1.2，和(7)|f5/f3|＜2.2，其中β2T表示第二透鏡組在其遠(yuǎn)攝端的橫向放大率，β5表示第五透鏡組的橫向放大率，f3表示第三透鏡組的焦距，以及f5表示第五透鏡組的焦距。因此，能夠延長(zhǎng)第一透鏡組的正透鏡組以及后面的透鏡組，從而降低圖像拍攝裝置的厚度。


參照附圖，從下面關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例和數(shù)字實(shí)施例的詳細(xì)描述中將更加容易認(rèn)識(shí)和理解本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像拍攝裝置的示意透視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像拍攝裝置的示意透視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的圖像拍攝裝置的示意透視圖；
圖4示出了變焦透鏡第一實(shí)施例的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5同圖6和圖7一起示出了將具體數(shù)值應(yīng)用到變焦透鏡第一實(shí)施例所獲得的第一數(shù)字實(shí)施例的不同像差，圖5示出了在第一實(shí)施例的廣角端狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；圖6示出了在第一實(shí)施例的中間焦距狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；圖7示出了在第一實(shí)施例的遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；圖8示出了變焦透鏡第二實(shí)施例的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9同圖10和圖11一起示出了將具體數(shù)值應(yīng)用到變焦透鏡第二實(shí)施例所獲得的第二數(shù)字實(shí)施例的不同像差，圖9示出了在第二實(shí)施例的廣角端狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；圖10示出了在第二實(shí)施例的中間焦距狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；以及圖11示出了在第二實(shí)施例的遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下測(cè)量的球面像差、像面彎曲和失真；具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的圖像拍攝裝置和變焦透鏡的實(shí)施例將參照附圖在下面描述。
圖1～3分別示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像拍攝裝置的第一到第三實(shí)施例。首先，將在下面描述第一、第二和第三這三個(gè)實(shí)施例中的共同點(diǎn)。
隨后將要描述的變焦透鏡、成像裝置等，設(shè)置在由點(diǎn)-點(diǎn)-虛線表示的殼體11、21或者31中。使用者能夠通過(guò)按下置于殼體11、21或者31頂面上的釋放按鈕12、22或者32來(lái)拍攝圖像。變焦透鏡13、23或者33連同沒有示出的鏡筒、孔徑光闌裝置、透鏡驅(qū)動(dòng)裝置等設(shè)置在殼體11、21或者31中，以便在容置于包裝14、24或者34內(nèi)的成像裝置的光接收表面上形成圖像。
圖像拍攝裝置1、2或者3以及變焦透鏡13、23或者33的最關(guān)鍵的特征之一在于，它們?cè)谌肷涔廨Sax1方向上的尺寸(即，厚度)通過(guò)第一透鏡組G1(相當(dāng)于固定透鏡組)內(nèi)的棱鏡P1(相當(dāng)于第一光軸折向裝置)使入射光軸ax1折向而變薄，以及通過(guò)設(shè)置在成像裝置15、25或者35前面的最后一個(gè)棱鏡Pir(i＝3、4、…)將光軸折向，使成像裝置15、25或者35的包裝14、24或者34的寬面被設(shè)置成抵住殼體11、21或者31的較寬面11a、21a或者31a的內(nèi)部(相當(dāng)于內(nèi)壁面)，從而避免防止成像裝置15、25或者35的包裝14、24或者34阻礙殼體11、21或者31的厚度的減小。
根據(jù)第一實(shí)施例的圖像拍攝裝置1中的光學(xué)系統(tǒng)13的構(gòu)造將參照?qǐng)D1在下面描述。變焦透鏡13從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組G1，由具有第一光軸(入射光軸)ax1的負(fù)透鏡組L11、第一棱鏡P1、和具有通過(guò)棱鏡P1向下折向大約90度的第二光軸ax2的正透鏡組L13構(gòu)成；第二透鏡組G2(相當(dāng)于移動(dòng)透鏡組)，具有負(fù)折射力，并沿著光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組G3(相當(dāng)于固定透鏡組)，固定在光軸上，并具有正折射力；第四透鏡組G4(相當(dāng)于固定透鏡組)，具有正折射力，并執(zhí)行聚焦和校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；和第五透鏡組G5(相當(dāng)于固定透鏡組)，固定在光軸上并具有負(fù)折射力，第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5沿共同的(第二)光軸ax2排列。第二光軸ax2被第二棱鏡P2(相當(dāng)于第二光軸折向裝置)側(cè)向折向大約90度成為第三光軸ax3，從而避免了殼體11高度的增加。光軸通過(guò)設(shè)置在最后位置的第三棱鏡P3r(相當(dāng)于第三光軸折向裝置)進(jìn)一步折向大約90度成為與第一光軸ax1近似平行的第四光軸ax4，使得具有至少20mm長(zhǎng)的短邊的成像裝置15的包裝14的寬面與殼體11的寬內(nèi)壁(即，殼體11后壁的內(nèi)表面)以面對(duì)面的關(guān)系設(shè)置，從而避免包裝14限制殼體11的厚度。
以上述方式構(gòu)造的變焦透鏡13的一些主要特點(diǎn)如下。第一透鏡組G1的正透鏡組L13到位于最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組G4是沿著第二光軸ax2設(shè)置的，并且由于移動(dòng)透鏡組G2到G4特別沿著同一個(gè)光軸ax2設(shè)置，所以能夠容易地執(zhí)行制造過(guò)程中偏心誤差因素的測(cè)量以及部件的校正和調(diào)整。而且，由于第五透鏡組G5也排列在第二光軸ax2上，并且沒有透鏡組排列在更靠近圖像側(cè)的第二棱鏡P2的一側(cè)上，所以變焦透鏡13具有不容易引起偏心誤差的透鏡結(jié)構(gòu)。此外，作為第二光軸折向裝置來(lái)使用的第二棱鏡P2設(shè)置在第五透鏡組G5的圖像側(cè)上，該第五透鏡組G5設(shè)置在最靠近圖像側(cè)位置上的移動(dòng)透鏡組G4的圖像側(cè)上，從而避免第二光軸ax2變得太長(zhǎng)以致過(guò)分增加圖像拍攝裝置1的尺寸。
根據(jù)第二實(shí)施例的圖像拍攝裝置2中的光學(xué)系統(tǒng)23的構(gòu)造將參照?qǐng)D2在下面描述。變焦透鏡23從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組G1，由具有第一光軸(入射光軸)ax1的負(fù)透鏡組L11、第一棱鏡P1、和設(shè)置在被棱鏡P1側(cè)向折向大約90度的第二光軸ax2上的正透鏡組L13構(gòu)成；第二透鏡組G2，具有負(fù)折射力并沿著光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組G3，固定在光軸上并具有正折射力；第四透鏡組G4，具有正折射力并執(zhí)行聚焦和校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；和第五透鏡組G5，固定在光軸上并具有負(fù)折射力，第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5沿共同的(第二)光軸ax2設(shè)置。第二棱鏡P2設(shè)置在變焦透鏡23的后面。第二棱鏡P2具有三個(gè)面，即，入射面P2i和出射面P2o所在的透射面P2P以及全反射面P2ra和P2rb，全反射面P2ra和P2rb成大約90度的角度。入射到入射面P2i上的第二光軸ax2被全反射面P2ra向下折向大約90度成為第三光軸ax3，并且第三光軸ax3被下一個(gè)全反射面P2rb折向大約90度成為與第二光軸ax2近似平行的第四光軸ax4，以及第四光軸ax4從出射面P20射出。也就是說(shuō)，全反射面P2ra作為第二光軸折向裝置來(lái)使用，以及全反射面P2rb作為第三光軸折向裝置來(lái)使用。第三棱鏡P3r鄰近安裝或者粘合在第二棱鏡P2上，以便將第四光軸ax4折向到與第一光軸ax1近似平行的方向上并形成第五光軸ax5。因此，成像裝置25的包裝24被設(shè)置成抵住圖像拍攝裝置2的殼體21的寬面21a的內(nèi)壁面，由此能夠減小圖像拍攝裝置2的厚度。
根據(jù)第二實(shí)施例的圖像拍攝裝置2的一些主要特點(diǎn)如下。通過(guò)三個(gè)棱鏡P1、P2和P3來(lái)實(shí)現(xiàn)光軸的四次折向，從而降低了成本。由于設(shè)置了四個(gè)光軸折向裝置(兩個(gè)光軸折向裝置P2ra和P2rb包括在棱鏡P3中)，所以能夠?qū)㈤L(zhǎng)的后焦點(diǎn)折疊成不顯眼的狀態(tài)，由此能夠減小殼體11的厚度以及能夠?qū)⑵浯怪焙蜋M向尺寸最小化。
根據(jù)第三實(shí)施的圖像拍攝裝置3的光學(xué)系統(tǒng)33的構(gòu)造將參照?qǐng)D3在下面描述。變焦透鏡33從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組G1，由具有第一光軸(入射光軸)ax1的負(fù)透鏡組L11、第一棱鏡P1和設(shè)置在被棱鏡P1橫向折向大約90度的第二光軸ax2上的正透鏡組L13構(gòu)成；第二透鏡組G2，具有負(fù)折射力并沿著光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組G3，固定在光軸上并具有正折射力；第四透鏡組G4，具有正折射力并執(zhí)行聚焦和校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；和第五透鏡組G5，固定在光軸上并具有負(fù)折射力，第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5沿著共同的(第二)光軸ax2設(shè)置。三個(gè)棱鏡設(shè)置在變焦透鏡33的后面。首先，通過(guò)第二棱鏡P2將第二光軸ax2向前折向大約90度成為第三光軸ax3；然后，通過(guò)第三棱鏡P3將第三光軸ax3向下折向大約90度成為第四光軸ax4；最后，通過(guò)第四棱鏡P4r將第四光軸ax4折向到與第二光軸ax2近似平行的方向上，并形成第五光軸ax5。因此，成像裝置35的包裝34被設(shè)置成與圖像拍攝裝置3的殼體31的右手邊(從物體側(cè)來(lái)觀察)壁面31a的內(nèi)壁面呈面對(duì)面的關(guān)系。由于光軸被第二棱鏡P2折向，雖然圖像拍攝裝置3的厚度在這個(gè)部位上無(wú)法充分減小，但是殼體31能夠向前凸出，從而將部件31b作為抓持部件來(lái)提高圖像拍攝裝置3使用的便易性。成像裝置35的包裝34被設(shè)置成抵住抓持部件31b的右手壁面的內(nèi)表面，從而避免了抓持部件31b厚度的增加。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變焦透鏡。
變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組，由具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一反射裝置和具有由第一反射裝置折向的第二光軸的正透鏡組構(gòu)成，第一透鏡組整體上具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力，并沿著第二光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組，固定在第二光軸上，并具有正折射力；第四透鏡組，具有正折射力，并沿著第二光軸移動(dòng)來(lái)執(zhí)行聚焦以及校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；第五透鏡組，具有負(fù)折射力，并延伸了后焦點(diǎn)(back focus)以及由第一到第四透鏡組形成的合成焦距；和多個(gè)反射裝置。
在該變焦透鏡中，如果第一反射裝置是直角棱鏡的反射面并且該直角棱鏡具有折射率nf以便在同時(shí)實(shí)現(xiàn)棱鏡最小化和全反射的情況下降低透射光量的損失，以及如果設(shè)置在第五透鏡組的圖像側(cè)上的多個(gè)反射裝置包括含有全反射面的多個(gè)棱鏡的反射面并且這些棱鏡具有折射率nr，期望滿足下列條件式(1)和(2)(1)1.8＜nf，和(2)1.62＜nr。
通過(guò)使構(gòu)成第一反射裝置的棱鏡的折射率滿足條件式(1)，有可能降低主光線在棱鏡中的傾斜(inclination)，并且能夠?qū)⒗忡R小型化。此外，雖然取決于在廣角端的觀察角度和第一光軸上凹透鏡組的折射力，仍能夠提高棱鏡全反射的折射率來(lái)保證全反射，并降低透射光量的損失。
此外，如果在第二、第三和第四反射面中的每一個(gè)上都建立全反射，那么需要提高第二棱鏡以及隨后棱鏡的折射率。由于第二棱鏡以及隨后棱鏡的每一個(gè)上的主光線的傾斜都比第一棱鏡小，所以通過(guò)選擇它們各自的折射率以滿足條件式(2)來(lái)實(shí)現(xiàn)在第二棱鏡和隨后棱鏡的每一個(gè)上的全反射。盡管第二棱鏡以及隨后棱鏡的每一個(gè)的折射率都可以像第一棱鏡的折射率那樣滿足條件式(1)，但是具有低色差和高折射率的光學(xué)鏡片通常都非常昂貴，所以對(duì)于能夠建立全反射來(lái)說(shuō)最好采用具有低反射率的鏡片。
在該變焦透鏡中，第一透鏡組中具有上述第一光軸的負(fù)透鏡組優(yōu)選通過(guò)具有面向物體側(cè)凸面的單個(gè)凹彎月透鏡形成。如果位于第一光軸上的透鏡組僅由一個(gè)凹透鏡形成，就能夠?qū)⑼哥R的深度方向長(zhǎng)度最小化。這樣的變焦透鏡適合作為在廣角端視角不大于65度并且變焦率大約為2到4的變焦透鏡來(lái)使用。
此外，如果第一透鏡組中具有第一光軸的負(fù)透鏡組是由一個(gè)凹透鏡和兩個(gè)分別具有面向物體側(cè)的凸面的凹彎月透鏡構(gòu)成的，那么能夠調(diào)整該變焦透鏡來(lái)滿足在廣角端被設(shè)置為視角不小于70度的結(jié)構(gòu)。因此，負(fù)折射率能夠分配給兩個(gè)凹透鏡從而降低由負(fù)透鏡產(chǎn)生的失真、視區(qū)的過(guò)彎曲以及倍率色差，此外，在最靠近物體側(cè)的位置上設(shè)置凸透鏡能夠消除和糾正這些像差。
在該變焦透鏡中，包括在第一透鏡組中具有第二光軸的正透鏡組，是由從物體側(cè)開始依次包括凸透鏡、凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成的，第二透鏡組由從物體側(cè)開始依次設(shè)置的兩個(gè)凹透鏡和一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，第三透鏡組由一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，第四透鏡組由包括凸透鏡和凹透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，以及第五透鏡組是由包括凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成的。如果假設(shè)v113a代表位于最靠近物體側(cè)位置上并且構(gòu)成第一透鏡組的正透鏡組一部分的凸透鏡的阿貝數(shù)，以及假設(shè)v113c代表構(gòu)成第一透鏡組的正透鏡組部分的粘合透鏡中的凸透鏡的阿貝數(shù)，優(yōu)選滿足下列條件式(3)和(4)(3)v113a＜30，和(4)v113c＜55。
因此，由于設(shè)置在第一反射裝置后部的透鏡結(jié)構(gòu)能夠由最小數(shù)量的透鏡元件構(gòu)成，有可能在降低變焦透鏡的尺寸和成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的后焦點(diǎn)。特別是，不管透鏡是按照變焦透鏡的結(jié)構(gòu)中以從物體側(cè)開始依次是凸透鏡、凹透鏡和凸透鏡這樣的次序設(shè)置，還是以從物體側(cè)開始依次是凹透鏡、凸透鏡和凸透鏡這樣的次序排列，第一透鏡組中具有第二光軸的正透鏡組都能夠完成同樣的像差校正，而該變焦透鏡結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于使第一棱鏡最小化。有一種情況是，如果將第一棱鏡做得很小，第一透鏡組中具有第一光軸的凹透鏡組和第一透鏡組中具有折向得到的第二光軸的正透鏡組會(huì)相互干擾。為了避免透鏡的沖突，一種有效的做法是對(duì)每一個(gè)透鏡的外部形狀進(jìn)行切割(以下稱作“D-切割(D-cut)”)。然而，如果透鏡的凹面被D-切割，那么切割面和鏡面形成銳角，難以斜切出脊線，從而產(chǎn)生加工性和操作性問(wèn)題。如果被D-切割的部分是凸面，那么切割面和鏡面形成鈍角，就不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。第一透鏡組的正透鏡組中只有最靠近棱鏡的透鏡會(huì)干涉第一透鏡組的負(fù)透鏡組，因此如果凸透鏡設(shè)置在這個(gè)位置，并且包括凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡設(shè)置在不需要D-切割的位置上，那么有可能將第一棱鏡的尺寸最小化。此外，由于第一透鏡組被構(gòu)造成負(fù)透鏡組和正透鏡組沿著棱鏡彼此分開設(shè)置，所以構(gòu)造第一透鏡組使得能夠很平衡地校正由第一透鏡組產(chǎn)生的廣角端的倍率色差和遠(yuǎn)攝端的像差是很重要的。
上述條件式(3)目的在于校正廣角端的倍率色差，并且在負(fù)透鏡組中，其主光線的光線高度在廣角端很大，使得光線的波長(zhǎng)越短，光線向像高內(nèi)部彎曲的作用越強(qiáng)。為了校正倍率色差，有必要將凸透鏡介質(zhì)的阿貝數(shù)降低到適當(dāng)小的值(高分散)，來(lái)加強(qiáng)分散短波長(zhǎng)的主要光線的作用。另一方面，在遠(yuǎn)攝端，因?yàn)榈诙哥R組和隨后的透鏡組的倍率的作用，所以第一透鏡組的軸向色差的校正狀態(tài)是像面的軸向色差的主要因素，因而軸向色差的校正狀態(tài)對(duì)于第一透鏡組的部分系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很重要的。根據(jù)條件式(3)的條件，允許軸向光束的光線高度在遠(yuǎn)攝端變高的物體側(cè)凹透鏡和圖像側(cè)凸透鏡需要使用在軸向色差校正方面不利的介質(zhì)介。因此，圖像側(cè)凸透鏡的介質(zhì)的阿貝數(shù)需要滿足條件式(4)，并且很好地校正第一透鏡組的軸向色差此外，如果假設(shè)β2T表示在遠(yuǎn)攝端第二透鏡組的橫向放大率；β5表示第五透鏡組的橫向放大率；f3表示第三透鏡組的焦距；以及f5表示第五透鏡組的焦距，則變焦透鏡希望滿足下列條件式(5)、(6)和(7)(5)0.65＜|β2T|＜1.1，(6)β5＜1.2，和(7)|f5/f3|＜2.2。
條件式(5)用來(lái)減小第一透鏡組中正透鏡組的有效直徑，如果|β2T|的值超出上限，透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)將變小，但是第一透鏡組的正透鏡組的有效直徑變大。如果|β2T|的值超出下限，那么就很難獲得大約3的變焦率。
條件式(6)用來(lái)使第一透鏡組到第四透鏡組小型化。選擇第一透鏡組和第四透鏡組之間的折射力設(shè)置，使得整體上設(shè)置強(qiáng)折射力，從而使折射力的分布滿足圖片大小小于實(shí)際成像裝置的大小，并且條件式(6)能夠放大第一到第四透鏡組的焦距、后焦點(diǎn)和圖片大小，從而減小圖像拍攝裝置的厚度。
條件式(7)用于在保證長(zhǎng)后焦點(diǎn)的同時(shí)避免第五透鏡組產(chǎn)生大的像差。通過(guò)按照條件式(7)參考第三透鏡組來(lái)減小第五透鏡組的折射力，能夠在不阻礙整體像差校正的情況下，獲得保證在條件式(6)中指定的放大率的優(yōu)點(diǎn)。
圖4和圖8分別示出了變焦透鏡的第一和第二實(shí)施例的示意圖。不考慮將在后面提到的具體數(shù)字實(shí)施例，通過(guò)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)匦薷膹V角端的視角和變焦率，能夠?qū)⑷魏我粋€(gè)實(shí)施例應(yīng)用到圖像拍攝裝置的第一到第三實(shí)施例中的任何一個(gè)上。
圖4示出了根據(jù)變焦透鏡第一實(shí)施例的變焦透鏡100的透鏡設(shè)置。變焦透鏡100從物體側(cè)依次包括第一透鏡組110，具有正折射力；第二透鏡組120，具有負(fù)折射力，并沿著光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組130，具有正折射力，并固定在光軸上；第四透鏡組140，具有正折射力，并沿著光軸移動(dòng)來(lái)執(zhí)行聚焦以及校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；第五透鏡組150，具有負(fù)折射力，并固定在光軸上，以及用于延伸后焦點(diǎn)和第一透鏡組110到第四透鏡組140等形成的合成焦距；以及多個(gè)棱鏡160。
第一透鏡組110由負(fù)透鏡組111、棱鏡112和正透鏡組113構(gòu)成。負(fù)透鏡組111由具有面向物體側(cè)的凸面的凹透鏡構(gòu)成，以及正透鏡組113由包括凸透鏡113a、凹透鏡113b和凸透鏡113c的粘合透鏡構(gòu)成。第二透鏡組120由包括凹透鏡121、凹透鏡122和凸透鏡123的粘合透鏡構(gòu)成。第三透鏡組130由一個(gè)兩邊都具有非球面的凸透鏡構(gòu)成，第四透鏡組140由在物體側(cè)具有非球面的凸透鏡141和凹透鏡142構(gòu)成，以及第五透鏡組150由包括凹透鏡151和凸透鏡152的粘合透鏡構(gòu)成。將表示多個(gè)棱鏡160、紅外截止濾鏡、光學(xué)低通濾鏡等的組合結(jié)構(gòu)的平行面板設(shè)置在第五透鏡組150和像面之間。在第三透鏡組130的像面上設(shè)置有孔徑光闌，它在倍率改變期間固定。
在根據(jù)變焦透鏡的第一實(shí)施例的變焦透鏡100中以及在根據(jù)變焦透鏡的第二實(shí)施例的變焦透鏡200中，使用了非球面，并通過(guò)下列公式1定義非球面[公式1]xi-j＝H2/ri-j{1+(1-H2/ri-j2)}+∑AkHk在公式1中，“xi-j”表示非球面的深度，以及“H”表示離光軸的高度。
表1示出了根據(jù)變焦透鏡第一實(shí)施例，將具體數(shù)值應(yīng)用到變焦透鏡100上的第一數(shù)字實(shí)施例的明細(xì)。在示出明細(xì)的表1中，光學(xué)元件分別由附在圖4中的各個(gè)光學(xué)元件上的參照數(shù)字來(lái)表示，每個(gè)面號(hào)表示所有光學(xué)元件從物體側(cè)算起的第i個(gè)面，曲率半徑r表示從物體側(cè)算起第i個(gè)面的曲率的旁軸半徑，面間距d表示從物體側(cè)算起第i個(gè)面和第i+1個(gè)面之間的軸向面間距，折射率nd表示從物體側(cè)算起在物體側(cè)具有第i個(gè)面的的玻璃元件相對(duì)于d-線(λ＝587.6nm)的折射率，以及阿貝數(shù)vd表示從物體側(cè)算起在物體側(cè)上具有第i個(gè)面的玻璃元件相對(duì)于d-線的阿貝數(shù)。此外，曲率半徑r中的無(wú)限(∞)表示相對(duì)應(yīng)的第i個(gè)面是平面。


在變焦透鏡100中，第三透鏡組130的兩個(gè)面(第15面和第16面)和第四透鏡組140的物體側(cè)面(第18面)分別由非球面形成。表2示出了在第一數(shù)字實(shí)施例中各個(gè)面的第四、第六和第八階的非球面系數(shù)A4、A6和A8。此外，在表2以及以下表示非球面系數(shù)的各個(gè)表中，“e-i”是基數(shù)為10的指數(shù)表示，即“10-i”；例如，“0.26029e-05”代表“0.26029*10-5”。


在變焦透鏡100中，第一透鏡組110和第二透鏡組120之間的面間距d9、第二透鏡組120和第三透鏡組130之間的面間距d14、孔徑光闌和第四透鏡組140之間的面間距d17、以及第四透鏡組140和第五透鏡組150之間的面間距d20隨著倍率改變而改變。在廣角端狀態(tài)(f＝21.50)、中間焦距狀態(tài)(f＝36.57)和遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(f＝63.44)下，第一數(shù)字實(shí)施例中的各個(gè)面間距的值同焦距、F數(shù)和視角(2ω)一起在表3中示出。


第24面和第25面之間的組成元件用表示多個(gè)棱鏡、紅外截止濾鏡、光學(xué)低通濾鏡、用于成像裝置包裝的蓋玻片等的組合體的平行面板來(lái)代替。當(dāng)將第一數(shù)字實(shí)施例應(yīng)用到圖像拍攝裝置的第一、第二和第三實(shí)施例中的任何一個(gè)時(shí)，可以更改空氣間距與平行面板厚度的比率，并且曲率半徑、面間距、非球面系數(shù)等也可以做適當(dāng)?shù)男薷摹?br> 圖5到圖7示出了在無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦的第一數(shù)字實(shí)施例中的球面像差、像面彎曲和失真。圖5示出了在廣角端狀態(tài)(f＝21.50)中測(cè)量的像差，圖6示出了在中間焦距狀態(tài)(f＝36.57)中測(cè)量的像差，以及圖7示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(f＝63.44)中測(cè)量的像差。在圖5到圖7的每個(gè)圖的球面像差圖中，實(shí)線表示在d-線(λ＝587.6nm)的具體值，虛線表示在g-線(λ＝435.81nm)的具體值，以及點(diǎn)劃線表示在C-線(λ＝656.28nm)的具體值。在圖5到圖7的各個(gè)圖的像面彎曲圖中，實(shí)線表示弧矢像面，虛線表示子午像面。
如圖5到圖7所示，第一數(shù)字實(shí)施例中很好地校正了像差，并且具有較高的圖像形成性能。
圖8示出了根據(jù)變焦透鏡第二實(shí)施例的變焦透鏡200的透鏡設(shè)置。變焦透鏡200從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組210，具有正折射力；第二透鏡組220，具有負(fù)折射力，并沿著光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行變焦作用；第三透鏡組230，具有正折射力，并固定在光軸上；第四透鏡組240，具有正折射力，并沿著光軸移動(dòng)來(lái)執(zhí)行聚焦以及校正由倍率改變引起的圖像形成位置的改變；第五透鏡組250，具有負(fù)折射力，固定在光軸上，并延伸了后焦點(diǎn)和由第一透鏡組210到第四透鏡組240等形成的合成焦距；以及多個(gè)棱鏡260。
第一透鏡組210由負(fù)透鏡組211、棱鏡212和正透鏡組213構(gòu)成。負(fù)透鏡組211由凸透鏡211a和兩個(gè)各自具有面向物體側(cè)的凸面的凹彎月透鏡211b和211c構(gòu)成，以及正透鏡組213由包括凸透鏡213a、凹透鏡213b和凸透鏡213c的粘合透鏡構(gòu)成。第二透鏡組220由包括凹透鏡221、凹透鏡222和凸透鏡223的粘合透鏡構(gòu)成。第三透鏡組230由在物體側(cè)具有非球面的凸透鏡構(gòu)成，第四透鏡組240由包括在物體側(cè)具有非球面的凸透鏡241和凹透鏡242的粘合透鏡構(gòu)成，以及第五透鏡組250由包括凹透鏡251和凸透鏡252的粘合透鏡構(gòu)成。表示多個(gè)棱鏡260、紅外截止濾鏡、光學(xué)低通濾鏡等的組合結(jié)構(gòu)的平行面板設(shè)置在第五透鏡組250和像面之間?？讖焦怅@設(shè)置在第三透鏡組230的圖像面一側(cè)，并在倍率改變過(guò)程中固定。
表4示出了根據(jù)變焦透鏡第二實(shí)施例將具體數(shù)值應(yīng)用到變焦透鏡200的第二數(shù)字實(shí)施例的明細(xì)。


在變焦透鏡200中，第三透鏡組230的物體側(cè)表面(第19面)和第四透鏡組240的物體側(cè)表面(第22面)分別由非球面形成。表5示出了在第二數(shù)字實(shí)施例中每個(gè)面的第四、第六和第八階的非球面系數(shù)A4、A6和A8。


在變焦透鏡200中，第一透鏡組210和第二透鏡組220之間的面間距d13、第二透鏡組220和第三透鏡組230之間的面間距d18、孔徑光闌和第四透鏡組240之間的面間距d21、以及第四透鏡組240和第五透鏡組250之間的面間距d24隨著倍率改變而改變。在廣角端狀態(tài)(f＝17.02)、中間焦距狀態(tài)(f＝34.04)和遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(f＝63.42)下，第二數(shù)字實(shí)施例中的每個(gè)面間距的值同焦距、F數(shù)和觀察角(2ω)一起在表6中示出。


第28面和第29面之間的組成元件用表示多個(gè)棱鏡、紅外截止濾鏡、光學(xué)低通濾鏡、用于成像裝置包裝的蓋玻片等的組合體的平行面板來(lái)代替。當(dāng)將第二數(shù)字實(shí)施例應(yīng)用到圖像拍攝裝置的第一、第二和第三實(shí)施例中的任何一個(gè)時(shí)，空氣間距與平行面板厚度的比率可以更改，并且曲率半徑、面間距、非球面系數(shù)等也可以做適當(dāng)?shù)母摹?br> 圖9到圖11示出了在無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦的第二數(shù)字實(shí)施例中的球面像差、像面彎曲和失真。圖9示出了在廣角端狀態(tài)(f＝17.02)中測(cè)量的像差，圖10示出了在中間焦距狀態(tài)(f＝34.04)中測(cè)量的像差，以及圖11示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(f＝63.42)中測(cè)量的像差。在圖9到圖11的每個(gè)圖的球面像差圖中，實(shí)線表示在d-線(λ＝587.6nm)的具體值，虛線表示在g-線(λ＝435.81nm)的具體值，以及點(diǎn)劃線表示在C-線(λ＝656.28nm)的具體值。在圖9到圖11的各個(gè)圖的像面彎曲圖中，實(shí)線表示弧矢像面，以及虛線表示子午像面。
如圖9到圖11所示，很好地校正了第二數(shù)字實(shí)施例的像差，并且具有較高的圖像形成性能。
表7示出了與第一和第二數(shù)字實(shí)施例的條件式(1)到(5)相對(duì)應(yīng)的值。


第一和第二數(shù)字實(shí)施例都滿足條件式(1)到(5)。
各個(gè)部件的形狀和結(jié)構(gòu)以及在上文對(duì)實(shí)施例和數(shù)字實(shí)施例的描述中所提及的數(shù)值僅僅是為了便于理解實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例而作為一個(gè)示例提出，這些實(shí)施例并不是為了限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。
根據(jù)上述實(shí)施例，能夠構(gòu)造一種能應(yīng)用于攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等并且能很好地校正各種像差的圖像拍攝裝置，并且，即使其光學(xué)設(shè)計(jì)上的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，由于其深度方向的尺寸能夠做到極薄，因而能夠被設(shè)計(jì)成很容易進(jìn)行把持和攜帶。
權(quán)利要求
1.一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)光軸折向裝置；和成像裝置，設(shè)置在所述殼體中，用于將由所述變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，所述變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有第二光軸的正透鏡組，所述第二光軸由所述第一光軸折向裝置折向而成，所述固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著所述第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于所述多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在所述圖像側(cè)上，用于將光軸近似直角折向，其中，通過(guò)在包括所述第一和第二光軸折向裝置的至少三個(gè)光軸折向裝置中位于最靠近所述圖像側(cè)位置上的光軸折向裝置，將光軸折向，使所述成像裝置被設(shè)置為近似平行于所述殼體的內(nèi)壁面。
2.一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)光軸折向裝置；和成像裝置，設(shè)置在所述殼體中，用于將由所述變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有第二光軸的正透鏡組，所述第二光軸由所述第一光軸折向裝置折向而成，所述固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著所述第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于所述多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在所述圖像側(cè)上，用于將光軸近似直角折向；和第三光軸折向裝置，相對(duì)于所述第二光軸折向裝置設(shè)置在所述圖像側(cè)上，其中，通過(guò)所述第二光軸折向裝置，將所述第二光軸折向?yàn)榕c包含所述第一光軸和所述第二光軸的平面近似平行的第三光軸，以及其中，通過(guò)所述第三光軸折向裝置將所述第三光軸折向，使所述成像裝置被設(shè)置為近似平行于所述殼體的內(nèi)壁面。
3.一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少四個(gè)光軸折向裝置；和成像裝置，設(shè)置在所述殼體中，用于將由所述變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有第二光軸的正透鏡組，所述第二光軸由所述第一光軸折向裝置折向而成，所述固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著所述第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于所述多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在所述圖像側(cè)上；和第三光軸折向裝置，相對(duì)于所述第二光軸折向裝置設(shè)置在所述圖像側(cè)上；和第四光軸折向裝置，相對(duì)于所述第三光軸折向裝置設(shè)置在所述圖像側(cè)上，其中，通過(guò)所述第二光軸折向裝置，將所述第二光軸折向?yàn)榕c包含所述第一光軸和所述第二光軸的平面近似平行的第三光軸，其中，通過(guò)所述第三光軸折向裝置，將所述第三光軸折向?yàn)榕c所述第二光軸近似平行的第四光軸，以及其中，通過(guò)所述第四光軸折向裝置將所述第四光軸折向，使所述成像裝置被設(shè)置為近似平行于所述殼體的內(nèi)壁面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像拍攝裝置，其中所述第二光學(xué)折向裝置和所述第三光學(xué)折向裝置被分別構(gòu)造為相同棱鏡的不同反射面，并且所述棱鏡的入射面和出射面位于同一平面上。
5.一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少四個(gè)光軸折向裝置；和成像裝置，設(shè)置在所述殼體中，用于將由所述變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一光軸折向裝置和具有第二光軸的正透鏡組，所述第二光軸由所述第一光軸折向裝置折向而成，所述固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著所述第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二光軸折向裝置，相對(duì)于所述多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在所述圖像側(cè)上；和第三光軸折向裝置，相對(duì)于所述第二光軸折向裝置設(shè)置在所述圖像側(cè)上；和第四光軸折向裝置，相對(duì)于所述第三光軸折向裝置設(shè)置在所述圖像側(cè)上，其中，通過(guò)所述第二光軸折向裝置，將所述第二光軸折向?yàn)榕c所述第一光軸近似平行的第三光軸，其中，通過(guò)所述第三光軸折向裝置，將所述第三光軸折向?yàn)榕c包含所述第二光軸和所述第三光軸的平面近似垂直的第四光軸，以及其中，通過(guò)所述第四光軸折向裝置將所述第四光軸折向，使所述成像裝置被設(shè)置為近似平行于所述殼體的內(nèi)壁面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或者5所述的圖像拍攝裝置，其中所述第一光軸折向裝置之后的各個(gè)所述光軸折向裝置被構(gòu)造為具有折射率和角度設(shè)置的棱鏡的反射面，以保證穿過(guò)整個(gè)變焦范圍的所有有效光線能夠全反射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或者5所述的圖像拍攝裝置，其中容裝所述成像裝置的包裝在其屏幕短邊上有至少20mm長(zhǎng)的外部尺寸。
8.一種變焦透鏡，從物體側(cè)開始依次包括第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、用于將光軸近似直角折向的第一反射裝置和具有被所述第一反射裝置折向的第二光軸的正透鏡組，所述第一透鏡組整體上具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力，并沿著所述第二光軸移動(dòng)來(lái)主要執(zhí)行倍率改變；第三透鏡組，固定在所述第二光軸上，并具有正折射力；第四透鏡組，具有正折射力，并沿著所述第二光軸移動(dòng)來(lái)執(zhí)行聚焦以及校正由所述倍率改變引起的圖像形成位置的改變；第五透鏡組，具有負(fù)折射力，并延伸由所述第一到第四透鏡組形成的合成焦距和后焦點(diǎn)；和多個(gè)反射裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變焦透鏡，其中如果所述第一反射裝置是直角棱鏡的反射面并且所述直角棱鏡具有折射率nf，以及如果相對(duì)于所述第五透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上的多個(gè)反射裝置包括多個(gè)含有全反射面的棱鏡的反射面并且所述棱鏡具有折射率nr，那么滿足下列條件式(1)和(2)(1)1.8＜nf，和(2)1.62＜nr。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中具有所述第一光軸的所述負(fù)透鏡組由一個(gè)具有面向物體側(cè)的凸面的凹彎月透鏡構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中具有所述第一光軸的所述負(fù)透鏡組由一個(gè)凸透鏡和兩個(gè)均具有面向物體側(cè)的凸面的凹彎月透鏡構(gòu)成，所述一個(gè)凸透鏡和所述兩個(gè)凹彎月透鏡從物體側(cè)開始依次設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的變焦透鏡，其中包括在所述第一透鏡組中具有所述第二光軸的所述正透鏡組由從物體側(cè)開始依次包括凸透鏡、凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，所述第二透鏡組由從物體側(cè)開始依次設(shè)置的兩個(gè)凹透鏡和一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，所述第三透鏡組由一個(gè)凸透鏡構(gòu)成，所述第四透鏡組由包括凸透鏡和凹透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，以及所述第五透鏡組由包括凹透鏡和凸透鏡的粘合透鏡構(gòu)成，滿足下列條件式(3)和(4)(3)v113a＜30，和(4)v113c＜55，其中，v113a表示位于最靠近所述物體側(cè)位置并構(gòu)成所述第一透鏡組的所述正透鏡組一部分的所述凸透鏡的阿貝數(shù)，以及v113c表示構(gòu)成所述第一透鏡組的所述正透鏡組一部分的所述粘合透鏡中的所述凸透鏡的阿貝數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的變焦透鏡，其中滿足下列條件條件式(5)、(6)和(7)(5)0.65＜|β2T|＜1.1，(6)β5＜1.2，和(7)|f5/f3|＜2.2其中，β2T表示所述第二透鏡組在其遠(yuǎn)攝端的橫向放大率，β5表示所述第五透鏡組的橫向放大率，f3表示所述第三透鏡組的焦距，以及f5表示所述第五透鏡組的焦距。
14.一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，包括多個(gè)固定透鏡組、多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)棱鏡；和成像裝置，設(shè)置在所述殼體中，用于將所述變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，所述變焦透鏡從物體側(cè)開始依次包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、將光軸近似直角折向的第一棱鏡和具有第二光軸的正透鏡組，所述第二光軸由所述第一棱鏡折向而成，所述固定第一透鏡組整體上具有正折射力；多個(gè)移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著所述第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置校正作用和聚焦作用；第二棱鏡，相對(duì)于所述多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在所述圖像側(cè)上，用于將所述光軸近似直角折向，其中，通過(guò)在包括所述第一和第二棱鏡的至少三個(gè)棱鏡中位于最靠近所述圖像側(cè)位置上的棱鏡，將所述光軸折向，使所述成像裝置被設(shè)置為近似平行于所述殼體的內(nèi)壁面。
全文摘要
一種圖像拍攝裝置，包括變焦透鏡，設(shè)置在殼體中，并包括固定透鏡組、移動(dòng)透鏡組和至少三個(gè)棱鏡；以及成像裝置，設(shè)置在殼體中。該變焦透鏡包括固定第一透鏡組，包括具有第一光軸的負(fù)透鏡組、將光軸近似直角折向的第一棱鏡和具有被第一棱鏡折向的第二光軸的正透鏡組；移動(dòng)透鏡組和至少一個(gè)固定透鏡組，沿著第二光軸設(shè)置來(lái)執(zhí)行變焦作用、像面位置的校正作用和聚焦作用；以及第二棱鏡，相對(duì)于多個(gè)移動(dòng)透鏡組中最靠近圖像側(cè)的移動(dòng)透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)上，用于將光軸近似直角折向。
文檔編號(hào)H04N5/225GK1967311SQ20061013818
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者南條雄介 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社