專利名稱：變焦鏡頭和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭以及一種采用這種變焦鏡頭作為圖像捕獲鏡頭的成像設(shè)備，尤其涉及適用于小型成像設(shè)備例如數(shù)碼照相機(jī)、家用攝像機(jī)等并且能夠進(jìn)行3至5倍變焦的后焦點(diǎn)式變焦鏡頭以及采用了這種變焦鏡頭的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)已經(jīng)廣泛普及作為家用設(shè)備，并且另外對于那些小型成像設(shè)備需要小型化設(shè)計(jì)。由于這個(gè)原因，所要安裝的圖像捕獲鏡頭尤其是變焦鏡頭需要通過縮短其總長和水平深度來小型化。另外，除了小型化設(shè)計(jì)之外，隨著在這種成像設(shè)備中的像素量增大，從而用于數(shù)碼相機(jī)的這種攝像鏡頭也需要改進(jìn)鏡頭性能。
例如已知的是，其中除了設(shè)在最靠近物體側(cè)處的第一透鏡組之外的透鏡組向焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的所謂的后焦點(diǎn)式變焦鏡頭可以使得整個(gè)鏡頭系統(tǒng)容易小型化，并可以獲得適合于具有更多像素的固態(tài)成像器件的成像性能。作為這種后焦點(diǎn)式變焦鏡頭，具有五個(gè)透鏡組的變焦鏡頭是已知的，其中將變焦鏡頭構(gòu)成為從物體側(cè)開始依次具有具有正折射率的第一透鏡組；具有負(fù)折射率的第二透鏡組；具有正折射率的第三透鏡組；具有正折射率的第四透鏡組；以及具有負(fù)折射率的第五透鏡組。例如，有一種如上構(gòu)成的變焦鏡頭，它滿足如下方程式(1)-(3)，其中第三透鏡組和第五透鏡組的焦距是f3和f5，第五透鏡組在物距無窮大的位置處的成像放大率是β5，第二透鏡組的焦距是f2，該整個(gè)系統(tǒng)在廣角端和在遠(yuǎn)攝端的焦距分別為Fw和Ft(例如參見日本專利公開No.3015192(第0014-0037段，圖1))。
0.8＜|f5/f3|＜2.1(1)
1.2＜|β5|＜1.6(2)0.25<|f2/fw·ft|<0.37---(3)]]>近年來，已經(jīng)想到，通過使光路在從第一透鏡組至像平面的中間部分中彎折以縮短在組裝在成像設(shè)備中時(shí)透鏡的長度，并且通過在變焦操作過程中沿著上下方向設(shè)定透鏡的可動(dòng)方向，從而消除鏡頭系統(tǒng)在拍照時(shí)的伸出部分。例如，現(xiàn)有這樣一種變焦鏡頭，它從物體側(cè)開始依次具有具有正折射率的第一透鏡組；具有負(fù)折射率的第二透鏡組；具有正折射率的第三透鏡組以及具有正折射率的第四透鏡組。變焦鏡頭構(gòu)成為包括一種具有四個(gè)透鏡組的透鏡結(jié)構(gòu)，它通過移動(dòng)第二和第四透鏡組來進(jìn)行變焦操作，其中第一透鏡組從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的單透鏡的第一透鏡、用于彎折光路的棱鏡以及由具有正折射率的單透鏡構(gòu)成的第二透鏡(例如參見日本專利申請公開No.2000-131610(第0010-0027段，圖1))。
同時(shí)，在具有通過棱鏡彎折光路的光學(xué)系統(tǒng)的變焦鏡頭中，可以通過使棱鏡的尺寸小型化來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化和纖薄樣式設(shè)計(jì)。但是，在日本專利申請公開No.2000-131610中所披露的變焦鏡頭中，存在一個(gè)問題，即如果包含在第一透鏡組中的透鏡的直徑或者厚度做得較小的話，則難以使棱鏡進(jìn)一步小型化，因?yàn)楣鈱W(xué)性能會(huì)變差。
本發(fā)明是鑒于上述問題作出的，本發(fā)明的目的是提供一種后焦點(diǎn)式變焦鏡頭，其中通過使棱鏡進(jìn)一步小型化同時(shí)不損害光學(xué)性能，可以使得整個(gè)鏡頭系統(tǒng)小型化。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用后焦點(diǎn)式變焦鏡頭的成像設(shè)備，其中通過使棱鏡進(jìn)一步小型化同時(shí)不損害光學(xué)性能，可以使得整個(gè)鏡頭系統(tǒng)小型化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，為了解決上述問題，提供一種變焦鏡頭，其特征在于從物體側(cè)開始依次布置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有正折射率的第四透鏡組以及具有負(fù)折射率的第五透鏡組，其中通過移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組來進(jìn)行變焦操作。第一透鏡組從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組，并且其中假設(shè)在物距無窮遠(yuǎn)的位置處第五透鏡組的成像放大率為β5，則要滿足1.3＜β5＜2.2的條件。
如上所述的變焦鏡頭從物體側(cè)開始依次包括分別具有正、負(fù)、正、正和負(fù)折射率的五個(gè)透鏡組，并且可以通過移動(dòng)第二和第四透鏡組來進(jìn)行變焦操作。第一透鏡組從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組，并且第二和第四透鏡組在變焦操作期間的可動(dòng)方向變?yōu)榈谝煌哥R組的后側(cè)透鏡組的光軸方向，從而可以將該鏡頭系統(tǒng)做得更薄。另外，通過在物距為無窮遠(yuǎn)的情況下使第五透鏡組的成像放大率β5增大至大于1.3，從而可以縮短更靠近物體側(cè)的透鏡組的焦距，并且可以不僅縮短鏡頭系統(tǒng)的整體長度，而且可以使得第一透鏡組的前側(cè)透鏡組和后側(cè)透鏡組的有效直徑更小。但是，如果第五透鏡組的成像放大率增大至大于2.2，當(dāng)F值變小的時(shí)候就難以校正球面像差，并且對像平面的成像性能變差。


圖1為一剖視圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示例；圖2A-2C為在第一實(shí)施方案中在短焦距端處的各種像差圖；圖3A-3C為在第一實(shí)施方案中在中焦距端處的各種像差圖；圖4A-4C為在第一實(shí)施方案中在長焦距端處的各種像差圖；圖5A-5C為在第二實(shí)施方案中在短焦距端處的各種像差圖；圖6A-6C為在第二實(shí)施方案中在中焦距端處的各種像差圖；圖7A-7C為在第二實(shí)施方案中在長焦距端處的各種像差圖；圖8A-8C為在第三實(shí)施方案中在短焦距端處的各種像差圖；圖9A-9C為在第三實(shí)施方案中在中焦距端處的各種像差圖；
圖10A-10C為在第三實(shí)施方案中在長焦距端處的各種像差圖；圖11為其上能夠安裝本發(fā)明的變焦鏡頭的數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)示例的方框圖；圖12為在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的數(shù)碼相機(jī)中的各個(gè)組成部件的安裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示例的剖面圖。
圖1顯示了用作例如數(shù)碼照相機(jī)等的成像設(shè)備中的攝像鏡頭的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示例。在該變焦鏡頭中，從物體側(cè)到像平面IMG側(cè)依次設(shè)有具有正折射率的第一透鏡組GR1、具有負(fù)折射率的第二透鏡組GR2、具有正折射率的第三透鏡組GR3、具有正折射率的第四透鏡組GR4以及具有負(fù)折射率的第五透鏡組GR5。另外，在第三透鏡組GR3的像平面IMG側(cè)，設(shè)有用于調(diào)節(jié)光量的光圈IR，另外在第五透鏡組GR5的像平面IMG側(cè)，設(shè)有濾鏡FL，包括低通濾鏡例如阻止紅外線通過的濾鏡等，并且設(shè)有成像器件的防護(hù)玻璃罩CG。像平面IMG是成像器件例如CCD(電荷耦合器件)等的光接收表面。
該變焦鏡頭被構(gòu)成為通過移動(dòng)第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4來進(jìn)行變焦操作。如果從短焦距端向長焦距端進(jìn)行變焦操作，則從物體側(cè)向像平面IMG側(cè)移動(dòng)第二透鏡組GR2，并且從像平面IMG側(cè)向物體側(cè)移動(dòng)第四透鏡組GR4。另外，該變焦鏡頭采用了所謂的后焦點(diǎn)式，可以通過移動(dòng)第四透鏡組GR4或者第五透鏡組GR5來進(jìn)行對焦操作。
另外，第一透鏡組GR1從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的單透鏡L1，用于彎折光路的棱鏡P1以及具有正折射率的單透鏡L2。因此在變焦和對焦操作過程中透鏡的可動(dòng)方向變成與在最靠近物體側(cè)處的透鏡L1的光軸方向不同的透鏡L2的光軸方向。在當(dāng)前實(shí)施方案中，透鏡L1被構(gòu)成為具有朝著物體側(cè)的凸面的彎月形透鏡，透鏡L2的兩個(gè)表面都被構(gòu)成為凸面。
另外，第二透鏡組GR2被構(gòu)成為從物體側(cè)開始依次具有三片透鏡L3、L4和L5，在它們之中，將透鏡L4和透鏡L5之間的透鏡表面粘合。另外，第三透鏡組GR3由單透鏡L6構(gòu)成。另外，第四透鏡組GR4由2片透鏡L7和L8構(gòu)成，將透鏡L7和透鏡L8之間的透鏡表面粘合。另外，第五透鏡組GR5由2片透鏡L9和L10構(gòu)成，將透鏡L9和透鏡L10之間的透鏡表面粘合。
下面將參照圖1對本發(fā)明進(jìn)行簡要說明。
如圖1所示，本發(fā)明的變焦鏡頭構(gòu)成為具有五透鏡組結(jié)構(gòu)，其中分別具有正、負(fù)、正、正、負(fù)折射率的第一透鏡組GR1至第五透鏡組GR5從物體側(cè)開始依次設(shè)置，并且用來通過移動(dòng)第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4來進(jìn)行變焦操作。另外，第一透鏡組從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于彎折光路的光學(xué)元件以及具有正折射率的后側(cè)透鏡組。通過將第一透鏡組如上構(gòu)成，使得透鏡在變焦和對焦操作過程中的可動(dòng)方向變成后側(cè)透鏡組的光軸方向，從而可以縮短鏡頭系統(tǒng)的深度，并且在其變焦操作和對焦操作期間使水平深度一直恒定，或者與電源的開/關(guān)與否無關(guān)。
另外，在該實(shí)施方案中，用單透鏡L1和單透鏡L2分別作為第一透鏡組GR1的前側(cè)透鏡組和后側(cè)透鏡組，并且用棱鏡P1作為用于彎折光路的光學(xué)元件。
另外，假設(shè)在物距無窮大時(shí)第五透鏡組GR5的成像放大率為β5，則本發(fā)明的變焦鏡頭被構(gòu)成為滿足下式(4)1.3＜β5＜2.2(4)式(4)限定了成像放大率β5比現(xiàn)有技術(shù)更大。在將鏡頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)得使成像放大率β5高于上述下限的情況中，可以縮短其位置更靠近物體側(cè)的透鏡的焦距。因此，可以縮短鏡頭系統(tǒng)的總長，并使得在第一透鏡組GR1中的透鏡的有效直徑更小。由此，可以使用于彎折光路的光學(xué)元件(圖1中棱鏡)小型化，從而可以進(jìn)一步縮短鏡頭系統(tǒng)的水平深度。
相反，如果成像放大率β5變得低于上述等式(4)中的下限數(shù)值的時(shí)候，難以使得尤其是第一透鏡組GR1中的前側(cè)透鏡組(圖1中的透鏡L1)的有效直徑變小。另外，如果成像放大率β5高于等式(4)中的上述上限，就不可能在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分校正球面像差以使F值變小，并且出射光瞳變得靠近像平面IMG，入射在成像器件上的光線的角度與垂直角度相距甚遠(yuǎn)，因此產(chǎn)生陰影等，成像性能惡化。
在這種情況下，本發(fā)明的變焦鏡頭被構(gòu)成為滿足上述條件，從而在從短焦距端向長焦距端變焦的過程中，可以將移動(dòng)每個(gè)透鏡組的可移動(dòng)方向確定為一個(gè)方向。具體的說，通過從物體側(cè)向像平面IMG側(cè)移動(dòng)第二透鏡組GR2并且還從像平面IMG側(cè)向物體側(cè)移動(dòng)第四透鏡組GR4，從而可以進(jìn)行從短焦距端向長焦距端的變焦操作。
如果在變焦操作期間進(jìn)行這種透鏡驅(qū)動(dòng)，優(yōu)選將第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4構(gòu)成為使得其各自的行程滿足如下式(5)所確定的條件0.85＜|dz2/dz4|＜2.2 (5)在這種情況下，第二透鏡組GR2從短焦距端至長焦距端的行程是dz2，第四透鏡組GR4在物距是無窮大的位置處從短焦距端至長焦距端的行程是dz4。在該情況中，如果低于上述式(5)的下限值，則有必要加大第四透鏡組GR4的有效直徑，并且整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的厚度增大。另外，如果高于式(5)的上限值，則有必要加大第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2的有效直徑，并且整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的厚度同樣增大。
另外，如上所述，第一透鏡組GR1包括具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件以及具有正折射率的后側(cè)透鏡組，并且可以使透鏡L1的有效直徑較小，并且通過用具有朝著物體側(cè)的凸形形狀的彎月形透鏡構(gòu)成透鏡L1并且將透鏡L2的兩個(gè)透鏡表面構(gòu)成為凸形形狀，從而可以使棱鏡P1進(jìn)一步小型化。在這種結(jié)構(gòu)中，透鏡L1優(yōu)選被構(gòu)成為滿足以下的式(6)和(7)。
neL1＞1.8 …(6)veL1＜30 …(7)
在該情況中，透鏡L1對于e光線(e-line)的折射率為neL1，并且透鏡L1的基于e光線的阿貝數(shù)為veL1。在該情況中，可以很容易通過滿足式(6)的條件來進(jìn)行第一透鏡組GR1中的球面像差校正。另外，可以很容易通過滿足式(7)的條件來進(jìn)行第一透鏡組GR1中的色差校正。
接下來，將對具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)的變焦鏡頭的具體數(shù)值實(shí)施例進(jìn)行說明。在表1中顯示出第一實(shí)施方案的每個(gè)數(shù)值。另外，表2顯示出在第一實(shí)施方案中在每個(gè)焦點(diǎn)處的焦距f、F值和半視場角ω。另外，表3顯示出在第一實(shí)施方案中被構(gòu)成為具有有非球面的表面的非球面系數(shù)。
表1

表2

表3

在表1(與后面所述的表2和表3一樣)中，表面號S1-S24表示從物體側(cè)開始依次設(shè)置的透鏡L1至L10、棱鏡P1、光圈IR、濾光器FL以及防護(hù)玻璃罩CG的中心軸處的光的入射表面和出射表面。例如S1表示物體側(cè)透鏡表面，S2表示在其像平面IMG側(cè)的透鏡表面。另外，S3表示棱鏡P1的物體側(cè)表面，S4表示其像平面IMG側(cè)的透鏡表面。至于粘合透鏡，用同樣的表面號表示粘合面。例如，S10表示透鏡L4和L5的粘合面。
另外，R是各表面的曲率，d是表面之間的間距，ne是對e光線的折射率，ve是基于e光線的阿貝數(shù)。在曲率R欄，在數(shù)值后面有(ASP)的表面表示該表面由非球面構(gòu)成。另外，間距d表示在該表面和位于像平面IMG側(cè)附近的表面之間的間距。例如，在表面號S1的欄中間距d的數(shù)值表示透鏡L1的物體側(cè)和像平面IMG側(cè)之間的厚度。另外，在變焦和對焦操作過程中移動(dòng)的間隔d依次被稱為變焦操作過程中的短焦距端、中間焦距和長焦距端。
另外，在該第一實(shí)施方案中，透鏡L2的兩側(cè)表面(S5和S6)、透鏡L6的物體側(cè)表面(S12)以及透鏡L7的物體側(cè)表面(S15)分別由非球面構(gòu)成。非球面的形狀由如下等式(8)表示x=y2/r1+(1-κ·y2/r2)1/2+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10---(8)]]>在這種情況下，從每個(gè)透鏡表面的頂點(diǎn)沿著光軸方向的距離是x，曲率半徑是r，圓錐常數(shù)是κ。另外，四階、六階、八階和十階非球面系數(shù)分別是C4、C6、C8和C10，表3(與后面所述的表6和表9相同)指定了這些非球面系數(shù)的數(shù)值。另外，表3(與后面所述的表6和表9相同)中的字母“E”表示以10為底數(shù)的指數(shù)記數(shù)法。
與第一實(shí)施方案相同，通過用非球面構(gòu)成第一透鏡組GR1中包括的透鏡的至少一個(gè)透鏡表面，可以使透鏡L1的有效直徑變小從而校正畸變，使棱鏡P1小型化。另外在第五透鏡組GR5中，透鏡9和透鏡10的粘合面(S19)被構(gòu)成為朝著物體側(cè)的凸出形狀，從而可以校正色差，并減少第五透鏡組GR5對透鏡性能惡化的敏感性。通過使用粘合面，可以避免由于透鏡組中的偏心而導(dǎo)致的像平面的傾斜，從而減少出現(xiàn)慧差的情況，也使得制造變得容易。
圖2A至圖4C分別是在短焦距端、中間焦距和長焦距端的各種像差圖。
在這種情況下，每個(gè)圖的圖A表示球面像差，其中縱軸表示當(dāng)快門打開的時(shí)候與F值的比例，水平軸表示焦距量。另外，在球面像差的圖中，實(shí)線表示e光線(e-line，波長546.1nm)，虛線表示g光線(g-line，波長435.8nm)，點(diǎn)劃線表示c光線(c-line，波長656.3nm)。另外，每個(gè)圖的圖B表示象散，其中縱軸是圖像高度，水平軸是焦距量，另外，實(shí)線表示在弧矢圖像面中的數(shù)值，虛線表示在子午線圖像面中的數(shù)值。另外每個(gè)圖的圖C表示畸變，其中縱軸表示圖像高度，水平軸表示比例(％)。(這些與后面所述的圖5A至圖10C相同)。
以下描述第二個(gè)實(shí)施方案。表4表示在第二實(shí)施方案中的每個(gè)數(shù)值。表5表示在第二實(shí)施方案中在每個(gè)焦點(diǎn)處的焦距f、F值(FNo.)和半視場角ω。另外，表6顯示出在第二實(shí)施方案中形成為非球面的表面的非球面系數(shù)。
表4

表5

表6

在該第二實(shí)施方案中，透鏡L2的兩側(cè)表面(S5和S6)、透鏡L6的兩側(cè)表面(S12和S13)以及透鏡L7的物體側(cè)表面(S15)分別由非球面構(gòu)成。
在上述第二實(shí)施方案中，與第一實(shí)施方案類似，將第一透鏡組GR1中的透鏡L2的兩側(cè)表面(S5和S6)構(gòu)成為非球面，從而校正畸變，并縮小棱鏡P1。另外在第五透鏡組GR5中使用的粘合透鏡(透鏡9和透鏡10)的粘合面被構(gòu)成為朝著物體側(cè)的凸出形狀，可以校正色差。
圖5A至圖7C分別是在短焦距端、中間焦距和長焦距端的各種像差圖。在每個(gè)圖中，圖A表示球面像差，圖B表示象散，圖C表示畸變。
以下描述第三個(gè)實(shí)施方案。表7表示在第三實(shí)施方案中的每個(gè)數(shù)值。表8表示在第二實(shí)施方案中在每個(gè)焦點(diǎn)處的焦距f、F值(FNo.)和半視場角ω。另外，表9顯示出在第三實(shí)施方案中形成為非球面的表面的非球面系數(shù)。
表7

表8

表9

在該第三實(shí)施方案中，透鏡L2的兩側(cè)表面(S5和S6)、透鏡L6的物體側(cè)表面(S12)、透鏡L7的物體側(cè)表面(S15)以及透鏡L10的像平面IMG側(cè)表面(S20)分別由非球面構(gòu)成。
在上述第三實(shí)施方案中，與第一實(shí)施方案類似，將第一透鏡組GR1中的透鏡L2的兩側(cè)表面(S5和S6)構(gòu)成為非球面，從而校正畸變，并縮小棱鏡P1。另外在第五透鏡組GR5中使用的粘合透鏡(透鏡9和透鏡10)的粘合面被構(gòu)成為朝著物體側(cè)的凸出形狀，可以校正色差。另外，透鏡10的像平面IMG側(cè)的表面由非球面構(gòu)成。如上所述，通過用非球面來構(gòu)成第五透鏡組GR5中包括的透鏡的至少一個(gè)透鏡表面，可以有效校正象散，并縮短鏡頭系統(tǒng)的總長。
圖8A至圖10C分別是在短焦距端、中間焦距和長焦距端的各種像差圖。在每個(gè)圖中，圖A表示球面像差，圖B表示象散，圖C表示畸變。
在表10中，顯示了第一、第二、第三實(shí)施方案中的用于尋找式(4)-(7)中的條件的數(shù)值。
表10

如表10所示，上述第一至第三實(shí)施方案滿足式(4)-(7)中的每一個(gè)條件。另外，從圖2A至圖10C的各種像差圖可以清楚地看出，在每個(gè)實(shí)施方案中，校正了各種像差，并在短焦距端、中間焦距和長焦距端獲得良好的平衡。因此實(shí)現(xiàn)了優(yōu)選的變焦鏡頭，可用作放大比為大約3-4倍的成像設(shè)備的變焦鏡頭，尤其是用于具有更大像素?cái)?shù)的數(shù)碼相機(jī)的變焦鏡頭。
以下描述采用上述變焦鏡頭的成像設(shè)備的實(shí)施例。圖11是顯示能夠安裝本發(fā)明的變焦鏡頭的數(shù)碼照相機(jī)的結(jié)構(gòu)示例的方框圖。
圖11所示的數(shù)碼照相機(jī)包括具有成像功能的照相機(jī)模塊、用于對捕獲的圖像信號進(jìn)行信號處理例如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換等的照相機(jī)信號處理單元20、用于進(jìn)行記錄/復(fù)制的處理的圖像處理單元30、用于顯示捕獲的圖像信號也就是所拍攝的圖像等的LCD(液晶顯示器)、用于從存儲卡51中取出或者在其中寫入的R/W(讀取器/寫入器)50、用于控制整個(gè)數(shù)碼照相機(jī)的CPU60、用于用戶的輸入操作的輸入單元70以及用于控制照相機(jī)模塊10中的透鏡的驅(qū)動(dòng)的透鏡驅(qū)動(dòng)控制單元80。
照相機(jī)模塊10配置有包括應(yīng)用了本發(fā)明的變焦鏡頭11、以及例如CCD等的成像設(shè)備12的光學(xué)系統(tǒng)。相機(jī)信號處理單元20對從成像設(shè)備輸出的信號進(jìn)行信號處理例如數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、噪音消除、圖像質(zhì)量校正、轉(zhuǎn)換為亮度信號和色差信號等。圖像處理單元30對圖像信號進(jìn)行壓縮編碼和展開解碼處理，以及根據(jù)預(yù)定的圖像數(shù)據(jù)格式對例如分辨率等的數(shù)據(jù)說明進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。
存儲卡51是可拆卸的半導(dǎo)體存儲器。R/W50將圖像處理單元30所編碼的圖像數(shù)據(jù)寫入到存儲卡51中，并從存儲卡51中讀出所存儲的圖像數(shù)據(jù)。CPU 60是控制數(shù)碼照相機(jī)內(nèi)的每個(gè)電路塊的控制處理單元，并根據(jù)來自輸入單元70等的指令輸入信號控制每個(gè)電路塊。
輸入單元70例如有用于快門操作的快門釋放按鈕以及用于選擇操作模式等的選擇開關(guān)，并根據(jù)使用者的操作向CPU 60提供指令輸入信號。透鏡驅(qū)動(dòng)控制單元80控制電機(jī)等(未顯示)，以根據(jù)來自CPU60的控制信號控制變焦鏡頭11內(nèi)的透鏡。
下面對該數(shù)碼相機(jī)的操作進(jìn)行簡要說明。
在拍攝圖像的等待狀態(tài)中，由相機(jī)模塊10成像的圖像信號通過照相機(jī)信號處理單元20在CPU 60的控制下提供給LCD 40，并且顯示為照相機(jī)直通圖像。另外，在從輸入單元70輸入用于變焦操作的命令輸入信號時(shí)，CPU60向透鏡驅(qū)動(dòng)控制單元80輸出控制信號，并且根據(jù)由透鏡驅(qū)動(dòng)控制單元80進(jìn)行的控制使變焦鏡頭11內(nèi)的預(yù)定透鏡運(yùn)動(dòng)。
另外，在響應(yīng)于來自輸入單元70的命令輸入信號按下照相機(jī)模塊塊10的未示出的快門時(shí)，從照相機(jī)信號處理單元20將所拍攝的圖像信號提供給圖像處理單元30以便進(jìn)行壓縮編碼處理，并且被轉(zhuǎn)變成預(yù)定數(shù)據(jù)格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這樣，所轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)被輸出給R/W 50，并且寫入到存儲卡51中。
例如在快門釋放按鈕被半按壓或全按壓以便進(jìn)行寫入操作時(shí)，通過借助透鏡驅(qū)動(dòng)控制單元60響應(yīng)于來自CPU 60的控制信號來使變焦鏡頭11內(nèi)的預(yù)定透鏡運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行對焦操作。
另外，在要再現(xiàn)出記錄在存儲卡51中的圖像數(shù)據(jù)的情況下，通過R/W 50響應(yīng)于在輸入單元70中的操作從存儲卡51中讀出預(yù)定的圖像數(shù)據(jù)，并且在進(jìn)行擴(kuò)展解碼處理之后，將要再現(xiàn)的圖像信號向LCD 40輸出。這樣，顯示出要再現(xiàn)的圖像信號。
圖12為一剖視圖，顯示出在數(shù)碼相機(jī)中的部件的裝配結(jié)構(gòu)。在圖12中，圖示了在物體處于圖面中的左邊的情況下該數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)部。變焦鏡頭11容納在相機(jī)主體90內(nèi)部，并且成像器件12設(shè)在其下側(cè)。另外，LCD 40設(shè)在相機(jī)主體90的與物體相反的一側(cè)，并且用來調(diào)節(jié)像角。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明的變焦鏡頭能夠通過用棱鏡使來自物體的光的光軸彎曲并且另外通過使預(yù)定的透鏡沿著彎曲光軸的方向(在圖中的上下方向)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行變焦和對焦操作。因此，不用讓變焦鏡頭11從相機(jī)主體90中伸出就可以進(jìn)行成像，并且可以縮短在拍攝圖像期間相機(jī)主體的水平深度。此外，該變焦鏡頭11設(shè)計(jì)成滿足上述條件，從而可以實(shí)現(xiàn)更纖薄的設(shè)計(jì)和在相機(jī)主體90的上下方向上的小型化。雖然該相機(jī)較小，但是也可以進(jìn)行3至5倍的變焦操作，并且還可以在每個(gè)焦距處獲得像差更小的高品質(zhì)拍攝圖像。
另外，在上面的實(shí)施方案中，描述了這樣一種情況，其中本發(fā)明的變焦鏡頭應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)，但是可以將本發(fā)明應(yīng)用于其它成像設(shè)備例如攝像機(jī)等。
如上所述，本發(fā)明的變焦鏡頭從物體側(cè)開始依次包括五個(gè)透鏡組，它們分別具有正、負(fù)、正、正和負(fù)折射率?？梢酝ㄟ^使第二和第四透鏡組在它們之中運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行變焦操作。另外，第一透鏡組從物體側(cè)開始依次包括具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組，并且在變焦操作期間第二和第四透鏡組的可動(dòng)方向變?yōu)榈谝煌哥R組中的后側(cè)透鏡的光軸方向，因此可以實(shí)現(xiàn)鏡頭系統(tǒng)的纖薄設(shè)計(jì)。另外，通過使第五透鏡組在物距為無窮遠(yuǎn)的情況下的成像放大率β5增大至大于1.3，可以縮短相對更靠近物體側(cè)設(shè)置的透鏡組的焦距，并且不僅可以縮短該鏡頭系統(tǒng)的總長，而且還可以使得第一透鏡組的前側(cè)透鏡組和后側(cè)透鏡組的有效直徑更小。但是，如果使第五透鏡組的成像放大率β5大于2.2，則在減小F值時(shí)難以進(jìn)行充分的球面像差校正，并且對該像平面的成像性能變差。因此，通過使第五透鏡組的上述條件滿足成像放大率β5，從而可以使在第一透鏡組中的光學(xué)元件小型化并且使整個(gè)鏡頭系統(tǒng)薄化，同時(shí)保持更好的光學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，它包括從物體側(cè)開始依次布置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有正折射率的第四透鏡組以及具有負(fù)折射率的第五透鏡組，其中通過移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組來進(jìn)行變焦操作；其中所述第一透鏡組包括從物體側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組；并且其特征在于，假設(shè)在物距無窮遠(yuǎn)的位置處第五透鏡組的成像放大率為β5，則滿足1.3＜β5＜2.2的條件。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于通過使第二透鏡組從物體側(cè)向像平面?zhèn)冗\(yùn)動(dòng)并且使第四透鏡組從像平面?zhèn)认蛭矬w側(cè)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作。
3.如權(quán)利要求2所述的變焦鏡頭，其特征在于，假設(shè)第二透鏡組從短焦距端到長焦距端的行程為dZ2，并且第四透鏡組從短焦距端到在物距無窮遠(yuǎn)的位置處的長焦距端的行程為dZ4，則滿足0.85＜|dz2/dz4|＜2.2的條件。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，包含在第一透鏡組中的至少一個(gè)透鏡表面被構(gòu)成為非球面。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第五透鏡組包括具有一粘合面的粘合透鏡，其中與物體側(cè)相對的表面被構(gòu)成為凸面。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，包含在第五透鏡組中的至少一個(gè)透鏡表面被構(gòu)成為非球面。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述前側(cè)透鏡組包括形成為朝著物體側(cè)的凸形形狀并且具有負(fù)折射率的單個(gè)彎月形透鏡；所述光學(xué)元件包括棱鏡；并且所述后側(cè)透鏡組包括兩個(gè)表面都形成為凸形形狀的單個(gè)透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的變焦鏡頭，其特征在于，假設(shè)前側(cè)透鏡組對e光線的折射率為neL1，并且前側(cè)透鏡組基于該e光線的阿貝數(shù)為veL1，則滿足neL1＞1.8并且veL1＜30的條件。
9.一種采用變焦鏡頭作為圖像捕獲鏡頭的成像設(shè)備，所述變焦鏡頭包括從物體側(cè)開始依次布置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有正折射率的第四透鏡組以及具有負(fù)折射率的第五透鏡組，其中通過移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組來進(jìn)行變焦操作；其中所述第一透鏡組包括從物體側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組；并且其特征在于，假設(shè)在物距無窮遠(yuǎn)的位置處第五透鏡組的成像放大率為β5，則滿足1.3＜β5＜2.2的條件。
全文摘要
一種后焦點(diǎn)式變焦鏡頭，其中整個(gè)鏡頭系統(tǒng)能夠通過進(jìn)一步使棱鏡小型化而小型化，并且不會(huì)削弱光學(xué)性能。該變焦鏡頭從物體側(cè)開始依次包括分別具有正、負(fù)、正、正和負(fù)折射率的第一透鏡組(GR1)至第五透鏡組(GR5)，并且被構(gòu)成為通過使第二透鏡組(GR2)和第四透鏡組(GR4)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行變焦操作。另外，第一透鏡組包括從物體側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前側(cè)透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)元件和具有正折射率的后側(cè)透鏡組，并且假設(shè)在物距無窮遠(yuǎn)的位置處第五透鏡組的成像放大率為β5，則滿足1.3＜β5＜2.2的條件。因此，更靠近物體設(shè)置的透鏡組的焦距縮短，并且可以使第一透鏡組(GR1)的有效直徑更小，由此可以使光學(xué)元件(例如，棱鏡P1)更薄。
文檔編號G02B13/18GK1798995SQ20048001497
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者末吉正史 申請人:索尼株式會(huì)社