專利名稱：變焦透鏡和圖像拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡以及使用該變焦透鏡作為圖像拾取透鏡的圖像拾取裝置，尤其涉及一種后對(duì)焦型變焦透鏡以及使用該變焦透鏡的圖像拾取裝置，該后對(duì)焦型變焦透鏡能夠?qū)崿F(xiàn)約3至5倍的可變光焦度，其適合于小尺寸圖像拾取裝置、例如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和家用攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對(duì)于家用來說已經(jīng)廣泛地普及，此外，已根據(jù)這些小尺寸的圖像拾取裝置尋求小型化的設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)安裝在這些裝置上的成像透鏡、尤其是根據(jù)變焦透鏡，也已尋求通過減小其整體長度、深度等來實(shí)現(xiàn)小型化。此外，關(guān)于這種尤其是用于數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的成像透鏡，除了小型化外，還尋求對(duì)應(yīng)于圖像拾取裝置的大量像素的透鏡性能的改進(jìn)。
作為具有成像性能的變焦透鏡，如專利文獻(xiàn)1中所示的變焦透鏡，該性能符合相關(guān)技術(shù)的具有大量像素的并具有縮短的整體長度的固態(tài)圖像拾取裝置，已知有四組變焦透鏡，這四組變焦透鏡通過從物側(cè)開始依次布置以下的透鏡組來構(gòu)成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。專利文獻(xiàn)1所示的變焦透鏡具有使光路彎折的棱鏡，該棱鏡被布置在第一透鏡組中，用于在通向相關(guān)變焦透鏡的入射光軸方向上的小型化，該小型化稱為厚度減小。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2000-131610

發(fā)明內(nèi)容
在具有通過使用棱鏡來使光路彎折的光學(xué)系統(tǒng)的變焦透鏡中，棱鏡的小型化允許進(jìn)一步縮小尺寸和減小厚度。然而，為了保持成像性能，專利文獻(xiàn)1中公開的變焦透鏡在第一透鏡組中要求一定程度的可變光焦度，而不能在直徑和厚度方面減小包括在第一透鏡組中的透鏡。這不利地使棱鏡進(jìn)一步小型化變得困難，從而導(dǎo)致難以進(jìn)一步使變焦透鏡小型化并減小其厚度。
本發(fā)明根據(jù)上述問題而提出，并希望提供一種后對(duì)焦型變焦透鏡，其能夠通過將例如棱鏡的使光路彎折的光學(xué)件進(jìn)一步小型化而不使光學(xué)性能削弱來使整個(gè)透鏡系統(tǒng)小型化。
此外，希望提供一種采用該后對(duì)焦型變焦透鏡的圖像拾取裝置，該后對(duì)焦型變焦透鏡能夠通過將例如棱鏡的使光路彎折的光學(xué)件小型化而不使光學(xué)性能削弱來使其整個(gè)透鏡系統(tǒng)小型化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡包括從物側(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，用于通過移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組來進(jìn)行變焦，其中第一透鏡組包括從物側(cè)開始依次布置的下列元件具有負(fù)折射率的前透鏡組，使光路彎折的光學(xué)件，以及具有正折射率的后透鏡組，其中第四透鏡組包括一個(gè)單透鏡，并且如果將第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力設(shè)為β5，則滿足下列條件公式(1)1.0＜β5＜1.8。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種采用變焦透鏡作為圖像拾取透鏡的圖像拾取裝置，該變焦透鏡包括從物側(cè)開始依次設(shè)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，用于通過移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組來進(jìn)行變焦，其中第四透鏡組包括一個(gè)單透鏡，并且如果將第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力設(shè)為β5，則滿足條件公式(1)1.0＜β5＜1.8。
因此，在本發(fā)明中，位于第一透鏡組中的使光路彎折的光學(xué)件被小型化。
在變焦透鏡中，該變焦透鏡包括從物側(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，并且該變焦透鏡被這樣構(gòu)造，使得移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組能夠進(jìn)行變焦，本發(fā)明的變焦透鏡的特征在于第一透鏡組包括從物側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前透鏡組、使光路彎折的光學(xué)件、具有正折射率的后透鏡組，第四透鏡組由一個(gè)單透鏡組成，并且如果第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力為β5，則滿足條件公式(1)(1)1.0＜β5＜1.8此外，在采用變焦透鏡作為圖像拾取透鏡的圖像拾取裝置中，該變焦透鏡包括從物側(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，并且該變焦透鏡被這樣構(gòu)造，使得移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組能夠進(jìn)行變焦，本發(fā)明的圖像拾取裝置的特征在于第一透鏡組包括從物側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前透鏡組、使光路彎折的光學(xué)件、具有正折射率的后透鏡組，第四透鏡組由一個(gè)單透鏡組成，并且如果第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力為β5，則滿足條件公式(1)(1)1.0＜β5＜1.8因此，在本發(fā)明中，由于第一透鏡組包括具有負(fù)折射率的前透鏡組、使光路彎折的光學(xué)件、以及具有正折射率的后透鏡組，所以進(jìn)行變焦時(shí)第二和第四透鏡組的移動(dòng)方向變?yōu)榈谝煌哥R組的后透鏡組的光軸方向，這減小了透鏡系統(tǒng)的厚度。另外，通過將第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力β5設(shè)為大于1.0，透鏡組相對(duì)地在其物側(cè)的成像能力、尤其是第一透鏡組的成像能力被減小，并且第一透鏡組的前透鏡組和后透鏡組的有效直徑可以被制造得更小。此外，通過將第五透鏡的成像能力β5設(shè)為小于1.8，即使F數(shù)被減小，也能校正第五透鏡組的球面像差。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種變焦透鏡，在該變焦透鏡中的第一透鏡組中，前透鏡組包括一個(gè)具有負(fù)折射率的彎月形透鏡，其被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形，光學(xué)件包括棱鏡，后透鏡組包括一個(gè)兩面均為凸面的透鏡，并且如果組成前透鏡組的彎月形透鏡對(duì)d線的折射率為ndL1，對(duì)d線的阿貝數(shù)為vdL1，則滿足條件公式(2)ndL1＞1.8和(3)vdL1＜30。因此，第一透鏡組的第一透鏡、也就是前透鏡的有效直徑被減小，這能夠使棱鏡進(jìn)一步小型化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種變焦透鏡，在該變焦透鏡中通過從物側(cè)向像面?zhèn)纫苿?dòng)所述第二透鏡組并從像面?zhèn)认蛭飩?cè)移動(dòng)第四透鏡組來實(shí)現(xiàn)從短焦距端向長焦距端變焦，并且如果第二透鏡組從短焦距端到長焦距端的行程為dZ2，而第四透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)從短焦距端到長焦端距端的行程為dZ4，則滿足條件公式(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。因此，在變焦時(shí)第二透鏡組的行程縮短，而不增加第二透鏡組和第四透鏡組的有效直徑，從而可以實(shí)現(xiàn)將透鏡系統(tǒng)的整體長度進(jìn)一步縮短。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種變焦透鏡，其中第二透鏡組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡、第三透鏡組中的至少一個(gè)正透鏡、以及第四透鏡組由塑料透鏡構(gòu)成。因此，即使在采用對(duì)溫度變化相當(dāng)?shù)孛舾械乃芰贤哥R的廉價(jià)結(jié)構(gòu)的情況下，由于溫度變化引起的特征變化在塑料負(fù)透鏡和塑料正透鏡之間被抵消，因此保持預(yù)定性能。
本發(fā)明的另外的特征以及因此所提供的優(yōu)點(diǎn)將在下文中參考在附圖中所示的本發(fā)明的特定實(shí)施方式來進(jìn)行詳細(xì)解釋。


圖1是與圖2至4一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第一實(shí)施方式的視圖，其中示出了透鏡的結(jié)構(gòu)；圖2是與圖3和4一起示出將具體數(shù)值應(yīng)用于第一實(shí)施方式的數(shù)值實(shí)施例1的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖，其中示出了在短焦距端的這些像差；圖是示出在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖4是示出在長焦距端的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖5是與圖6至8一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第二實(shí)施方式的視圖，其中示出了透鏡的結(jié)構(gòu)；圖6是與圖7和8一起示出將具體數(shù)值應(yīng)用于第二實(shí)施方式的數(shù)值實(shí)施例2的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖，其中示出了在短焦距端的這些像差；圖7是示出在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖8是示出在長焦距端的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖9是與圖10至12一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第三實(shí)施方式的視圖，其中示出了透鏡的結(jié)構(gòu)；圖10是與圖11和12一起示出將具體數(shù)值應(yīng)用于第三實(shí)施方式的數(shù)值實(shí)施例3的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖，其中示出了在短焦距端的這些像差；圖11是示出在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖12是示出在長焦距端的球面像差、像散和畸變像差的曲線圖；圖13是與圖14一起示出本發(fā)明的圖像拾取裝置的實(shí)施方式的視圖，其中示出了照相機(jī)殼體內(nèi)部的布置結(jié)構(gòu)的實(shí)施例；圖14是結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的變焦透鏡和圖像拾取裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。
本發(fā)明的變焦透鏡通過從物側(cè)開始依次布置以下透鏡組而構(gòu)成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，并且該變焦透鏡被這樣構(gòu)造，使得移動(dòng)第二透鏡組和第四透鏡組能夠進(jìn)行變焦。
第一透鏡組包括具有負(fù)折射率的前透鏡組、使光路彎折的光學(xué)件、以及具有正折射率的后透鏡組，而第四透鏡組由一個(gè)單透鏡組成。
另外，如果在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)第五透鏡組的成像能力為β5，則滿足下面的條件公式(1)(1)1.0＜β5＜1.8。
在如上所述的本發(fā)明的變焦透鏡中，由于光路通過第一透鏡組的光學(xué)件彎折，因此在變焦時(shí)第二透鏡組和第四透鏡組的移動(dòng)方向?yàn)榈谝煌哥R組的后透鏡組的光軸方向，因此深度、也就是說在第一透鏡組的前透鏡組的光軸方向上的尺寸可以被減小。
條件公式(1)限定了第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力β5。通過設(shè)定β5大于1.0，該透鏡組相對(duì)地在第五透鏡組的物側(cè)的成像能力、尤其是第一透鏡組的成像能力可被減小，從而使第一透鏡組的前透鏡組和后透鏡組的有效直徑也被減小。因此，通過減小前透鏡組和后透鏡組的有效直徑，例如棱鏡的使光路彎折的光學(xué)件能變得更小，由此實(shí)現(xiàn)厚度的減小和小型化。
然而，如果第五透鏡組的成像能力β5變得大于1.8，并且在F數(shù)被設(shè)計(jì)為小的情況下，則不可能充分校正第五透鏡組的球面像差。此外，第五透鏡組的出瞳變?yōu)榻咏衩鍵MG，并且光進(jìn)入圖像拾取裝置的角度很大地偏離垂直度。所以，出現(xiàn)陰影或類似情形，從而降低成像性能。
相反地，如果成像能力β5小于條件公式(1)的下限，則減小尤其是第一透鏡組的前透鏡組的有效直徑變得困難。
在第一透鏡組中，優(yōu)選地，前透鏡組由一個(gè)具有負(fù)折射率的彎月形透鏡組成，該彎月形透鏡被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形，光學(xué)件由棱鏡形成，以及后透鏡組由一個(gè)兩面均為凸面的透鏡組成。通過以這種方式構(gòu)造第一透鏡組，前透鏡組的有效直徑可以變得更小，這可進(jìn)一步減小用于使光路彎折的光學(xué)件的尺寸。在這種情況下，如果組成前透鏡組的彎月形透鏡對(duì)d線的折射率為ndL1，對(duì)d線的阿貝數(shù)為vdL1，則優(yōu)選地的是滿足下面的公式(2)和(3)(2)ndL1＜1.8，(3)vdL1＜30。
這里，滿足條件公式(2)的條件允許對(duì)第一透鏡組的球面像差的矯正容易地被實(shí)現(xiàn)。另外，滿足條件公式(3)的條件允許對(duì)第一透鏡組的色差的矯正容易地被實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的變焦透鏡中，如上所述，由于第五透鏡組的成像能力比較大，所以當(dāng)從短焦距端向長焦距端變焦時(shí)，各個(gè)移動(dòng)透鏡組的移動(dòng)方向可以是一個(gè)方向。更特別的是，通過從物側(cè)向像面?zhèn)纫苿?dòng)第二透鏡組并且通過從像面?zhèn)认蛭飩?cè)移動(dòng)第四透鏡組，能夠?qū)崿F(xiàn)從短焦距端到長焦距端的變焦。在該變焦透鏡中，由于采用第四透鏡組的移動(dòng)主要改變變焦比(variable power ratio)的構(gòu)造，所以第二透鏡組的行程可以相對(duì)地小。因此，即使在第四透鏡組被設(shè)計(jì)成在變焦時(shí)在一個(gè)方向移動(dòng)的情況下，光學(xué)系統(tǒng)的整個(gè)長度也不會(huì)變得顯著更長。
如果第二透鏡組從短焦距端到長焦距端的行程為dZ2，而第四透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)從短焦距端到長焦距端的行程為dZ4，則期望在變焦時(shí)在第二透鏡組和第四透鏡組的相應(yīng)行程之間建立下面的條件公式(4)(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
如果|dZ2/dZ4|小于條件公式(4)的下限，則出現(xiàn)增大第四透鏡組的有效直徑的必要性，因此整個(gè)透鏡系統(tǒng)的厚度被增加。此外，如果|dZ2/dZ4|大于條件公式(4)的上限，則出現(xiàn)增大第一透鏡組和第二透鏡組的有效直徑的必要性，這類似地增加了整個(gè)透鏡系統(tǒng)的厚度。
此外，在本發(fā)明的變焦透鏡中，優(yōu)選地，第二透鏡組的至少一個(gè)負(fù)透鏡和第三透鏡組的至少一個(gè)正透鏡以及第四透鏡組為塑料透鏡。利用此構(gòu)造，即使在采用對(duì)溫度變化相當(dāng)敏感的塑料透鏡的廉價(jià)構(gòu)造的情況下，由于溫度變化引起的特性變化在塑料負(fù)透鏡和塑料正透鏡之間被抵消，因此能夠保持所期望的性能。
此外，在本發(fā)明的變焦透鏡中，在需要時(shí)采用非球面能夠更容易地校正各種像差并導(dǎo)致更高的成像性能。尤其是，將組成第一透鏡組的透鏡的至少一個(gè)表面構(gòu)成非球面是有效的。
現(xiàn)在來描述本發(fā)明的變焦透鏡的實(shí)施方式以及將具體數(shù)值應(yīng)用于這些實(shí)施方式的數(shù)值實(shí)施例。
圖1至4示出了本發(fā)明的變焦透鏡的第一實(shí)施方式。圖1是表示根據(jù)第一實(shí)施方式的變焦透鏡1的透鏡結(jié)構(gòu)的視圖。該變焦透鏡1被用作例如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拾取裝置的圖像拾取透鏡。
在該變焦透鏡1中，從物側(cè)到像面IMG側(cè)依次布置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。此外，在第三透鏡組GR3的像面IMG側(cè)布置有調(diào)節(jié)光量的可變光闌IR，而第五透鏡組GR5的像面IMG側(cè)布置有由例如紅外線截止濾光器的低通濾光器等等制成的濾光器FL和圖像拾取裝置的防護(hù)玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(電荷耦合器件)的圖像拾取裝置的光接收表面。
該變焦透鏡1被如此構(gòu)造以致移動(dòng)第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4來變焦。當(dāng)執(zhí)行從短焦距端到長焦距端的變焦時(shí)，分別從物側(cè)向像面IMG側(cè)移動(dòng)第二透鏡組GR2以及從像面IMG側(cè)向物側(cè)移動(dòng)第四透鏡組GR4。此外，為該變焦透鏡1采用所謂的后對(duì)焦系統(tǒng)，并且因此移動(dòng)第四透鏡組GR4或者第五透鏡組GR5能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦。
此外，第一透鏡組GR1從物側(cè)開始依次包括一個(gè)具有負(fù)折射率的透鏡L1，用于使光路彎折的棱鏡P，以及一個(gè)具有正折射率的透鏡L2。因此，在變焦和聚焦時(shí)所移動(dòng)的透鏡的移動(dòng)方向?yàn)橥哥RL2的光軸方向，該方向與最接近于物體的透鏡L1的光軸方向不同。在本實(shí)施方式中，透鏡L1由被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形的彎月形透鏡制成，而透鏡L2由兩個(gè)透鏡表面均被構(gòu)成為凸形的塑料非球面透鏡制成。
此外，第二透鏡組GR2由從物側(cè)開始依次布置的三個(gè)透鏡L3、L4、L5組成，并且透鏡L4和透鏡L5之間的透鏡表面被膠合。第三透鏡組GR3由一個(gè)透鏡L6組成。第四透鏡組GR4由一個(gè)透鏡L7組成。此外，第五透鏡組GR5由兩個(gè)透鏡L8和L9組成，并且透鏡L8和L9之間的透鏡表面被膠合。
表1示出了將具體數(shù)值應(yīng)用于根據(jù)第一實(shí)施方式的變焦透鏡1的數(shù)值實(shí)施例1的相應(yīng)數(shù)值。在該表中，“si”表示從物側(cè)開始在透鏡L1至L10、棱鏡P、可變光闌(孔徑光闌)IR、濾光器FL以及防護(hù)玻璃罩CT的中心軸上的光入射表面和出射表面中的第i個(gè)表面，“ri”表示從物側(cè)開始第i個(gè)表面的曲率半徑，“di”表示第i個(gè)表面和第(i+1)個(gè)表面之間的表面間隔，“ni”表示從物側(cè)開始第i個(gè)玻璃材料對(duì)d線(λ＝587.6nm)的折射率，以及“vi”表示從物側(cè)開始第i個(gè)玻璃材料對(duì)d線的阿貝數(shù)。此外，“無限遠(yuǎn)”表明相應(yīng)表面為平面，而“ASP”表明相應(yīng)表面為非球面。在上述各表面之中的膠合表面通過相同的表面數(shù)字標(biāo)明。
表1



在變焦透鏡1中，在變焦期間，第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的表面間隔d6、第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3之間的表面間隔d11、可變光闌IR和第四透鏡組GR4之間的表面間隔d14、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的表面間隔d16是可變的。在表2中，根據(jù)數(shù)值實(shí)施例1的在短焦距端、在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處、以及在長焦距端的各表面間隔d6、d11、d14、d16的相應(yīng)數(shù)值連同焦距、F數(shù)和半視場(chǎng)角ω(度)一起被示出。
表2


在變焦透鏡1中，透鏡L2的兩個(gè)表面(s5和s6)、透鏡L6的物側(cè)表面(s12)、以及透鏡L7在像面?zhèn)鹊谋砻?s16)被構(gòu)成為非球面。各非球面的形狀由下面的表達(dá)式來表示x＝y(tǒng)2/r/(1+(1-k·y2/r2)1/2)+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10(1)
在上面的表達(dá)式中，從每個(gè)透鏡表面的頂點(diǎn)沿著光軸方向的距離為x，透鏡在頂點(diǎn)處的曲率半徑為r，圓錐常數(shù)為k。此外，第4階、第6階、第8階和第10階非球面系數(shù)分別為C4、C6、C8和C10。在表3中，各表面s5、s6、s12和s16的第4階、第6階、第8階和第10階非球面系數(shù)C4、C6、C8和C10與圓錐常數(shù)k一起被示出。表3(與后面描述的表6和9類似)中的“E”表示以10為底的指數(shù)計(jì)數(shù)法。
表3


如該數(shù)值實(shí)施例1中所示，通過將第一透鏡組GR1包括的透鏡的至少一個(gè)透鏡表面構(gòu)成為非球面，來校正畸變像差，并減小透鏡L1的有效直徑，由此減小棱鏡P的尺寸。此外，在第五透鏡組GR5中，通過將透鏡L9和透鏡L10之間的膠合表面構(gòu)成為在物側(cè)的凸面，來校正色差，并能降低第五透鏡組GR5關(guān)于透鏡性能降級(jí)的敏感度。通過使用膠合透鏡，可以降低由于相關(guān)透鏡組內(nèi)的偏心而造成的像面的擾動(dòng)，并易于制造。
圖2至4示出了在短焦距端、在中間焦距處和在長焦距端的各種像差的曲線圖。
在此，在這些圖中的每一個(gè)中，曲線圖(A)都表示球面像差，其中縱坐標(biāo)表示相對(duì)于打開的F數(shù)的比率，橫坐標(biāo)表示聚焦量(focus amount)。此外，實(shí)線表示d線(波長587.6nm)的球面像差，短虛線表示g線(波長435.8nm)的球面像差，點(diǎn)劃線表示C線(656.3nm)的球面像差。此外，在這些圖中的每一個(gè)中的曲線圖(B)都表示像散，其中縱坐標(biāo)表示像高，橫坐標(biāo)表示聚焦量。實(shí)線表示在矢形圖像表面上的值，短虛線表示子午線像面的值。此外，在這些圖中的每一個(gè)中的曲線圖(C)都表示畸變像差，其中縱坐標(biāo)表示像高，橫坐標(biāo)表示百分率(％)(與后面描述的圖6至8和圖10至12類似)。
圖5至8示出了本發(fā)明的變焦透鏡的第二實(shí)施方式。圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的變焦透鏡2的透鏡結(jié)構(gòu)的視圖。該變焦透鏡2也可被用作例如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拾取裝置的圖像拾取透鏡。
在該變焦透鏡2中，從物側(cè)到像面IMG側(cè)依次布置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。此外，在第三透鏡組GR3的物側(cè)布置有調(diào)節(jié)光量的可變光闌IR，并且在第五透鏡組GR5的像面IMG側(cè)布置有由例如紅外線截止濾光器的低通濾光器等等制成的濾光器FL和圖像拾取裝置的防護(hù)玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(電荷耦合器件)的圖像拾取裝置的光接收表面。
該變焦透鏡2被如此構(gòu)造，以致移動(dòng)第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4來變焦。當(dāng)執(zhí)行從短焦距端到長焦距端的變焦時(shí)，分別從物側(cè)向像面IMG側(cè)移動(dòng)第二透鏡組GR2，以及從像面IMG側(cè)向物側(cè)移動(dòng)第四透鏡組GR4。此外，為該變焦透鏡2采用所謂的后對(duì)焦系統(tǒng)，并且因此移動(dòng)第四透鏡組GR4或者第五透鏡組GR5能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦。
此外，第一透鏡組GR1從物側(cè)開始依次包括一個(gè)具有負(fù)折射率的透鏡L1，用于使光路彎折的棱鏡P，以及一個(gè)具有正折射率的透鏡L2。因此，在變焦和聚焦時(shí)所移動(dòng)的透鏡的移動(dòng)方向?yàn)橥哥RL2的光軸方向，該方向與最接近物體的透鏡L1的光軸方向不同。在本實(shí)施方式中，透鏡L1由被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形的彎月形透鏡制成，而透鏡L2由兩個(gè)表面均為非球面的透鏡制成，其中兩個(gè)透鏡表面均被構(gòu)成為凸形。
此外，第二透鏡組GR2由從物側(cè)開始依次布置的三個(gè)透鏡L3、L4、L5組成，并且透鏡L4和透鏡L5之間的透鏡表面被膠合。第三透鏡組GR3由一個(gè)透鏡L6組成。第四透鏡組GR4由一個(gè)透鏡L7組成。此外，第五透鏡組GR5由兩個(gè)透鏡L8和L9組成，并且透鏡L8和L9之間的透鏡表面被膠合。透鏡L6是物側(cè)表面為非球面的塑料透鏡，而透鏡L7是像面?zhèn)缺砻鏋榉乔蛎娴乃芰贤哥R。
表4示出了將具體數(shù)值應(yīng)用于根據(jù)第二實(shí)施方式的變焦透鏡2的數(shù)值實(shí)施例2的相應(yīng)數(shù)值。
表4


在變焦透鏡2中，在變焦期間，第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的表面間隔d6、第二透鏡組GR2和可變光闌IR之間的表面間隔d11、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的表面間隔d14、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的表面間隔d16是可變的。在表5中，根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的在短焦距端、在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處、以及在長焦距端的各表面間隔d6、d11、d14和d16的相應(yīng)數(shù)值連同焦距、F數(shù)和半視場(chǎng)角ω(度)一起被示出。
表5


在變焦透鏡2中，透鏡L2的兩個(gè)表面(s5和s6)、透鏡L6在物側(cè)的表面(s13)、以及透鏡L7在像側(cè)的表面(s16)被構(gòu)成為非球面。在表6中，各表面s5、s6、s13和s16的第4階、第6階、第8階和第10階非球面系數(shù)C4、C6、C8和C10連同其圓錐常數(shù)k一起被示出。
表6


在該數(shù)值實(shí)施例2中，類似于數(shù)值實(shí)施例1，通過將第一透鏡組GR1中的透鏡L2的兩個(gè)表面(s5和s6)構(gòu)成為非球面，來校正畸變像差，并減小棱鏡P的尺寸。此外，通過將第五透鏡組GR5中所用的膠合透鏡(透鏡L9和透鏡L10)的膠合面構(gòu)成為在物側(cè)的凸面，來良好地校正色差。
圖6至8是示出在短焦距端、在中間焦距處和在長焦距端的各種像差的曲線圖。在每幅圖中，曲線圖(A)都表示球面像差，曲線圖(B)表示像散，以及曲線圖(C)表示畸變像差。
圖9至12示出了本發(fā)明的變焦透鏡的第三實(shí)施方式。圖9是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的變焦透鏡3的透鏡結(jié)構(gòu)的視圖。該變焦透鏡3也可被用作例如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拾取裝置的圖像拾取透鏡。
在該變焦透鏡3中，從物側(cè)到像面IMG側(cè)依次布置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。此外，在第三透鏡組GR3的物側(cè)布置有調(diào)節(jié)光量的可變光闌IR，而在第五透鏡組GR5的像面IMG側(cè)布置有由例如紅外線截止濾光器的低通濾光器等等制成的濾光器FL和圖像拾取裝置的防護(hù)玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(電荷耦合器件)的圖像拾取裝置的光接收表面。
該變焦透鏡3被如此構(gòu)造，以致移動(dòng)第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4來變焦。當(dāng)執(zhí)行從短焦距端到長焦距端的變焦時(shí)，分別從物側(cè)向像面IMG側(cè)移動(dòng)第二透鏡組GR2，并且從像面IMG側(cè)向物側(cè)移動(dòng)第四透鏡組GR4。此外，為該變焦透鏡3采用所謂的后對(duì)焦系統(tǒng)，并且因此移動(dòng)第四透鏡組GR4或者第五透鏡組GR5能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦。
此外，第一透鏡組GR1從物側(cè)開始依次包括一個(gè)具有負(fù)折射率的透鏡L1，用于使光路彎折的棱鏡P，以及一個(gè)具有正折射率的透鏡L2。因此，在變焦和聚焦時(shí)所移動(dòng)的透鏡的移動(dòng)方向?yàn)橥哥RL2的光軸方向，該方向與最接近物體的透鏡L1的光軸方向不同。在本實(shí)施方式中，透鏡L1由被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形的彎月形透鏡制成，而透鏡L2由兩個(gè)表面均為非球面的透鏡制成，其中兩個(gè)透鏡表面均被構(gòu)成為凸形。
此外，第二透鏡組GR2由從物側(cè)開始依次布置的透鏡L3和L4組成。第三透鏡組GR3由一個(gè)透鏡L5組成。第四透鏡組GR4由一個(gè)透鏡L6組成。此外，第五透鏡組GR5由兩個(gè)透鏡L7和L8組成，并且透鏡L7和透鏡L8之間的透鏡表面被膠合。透鏡L3是兩個(gè)表面均為非球面的塑料透鏡，透鏡L5是在物側(cè)的表面為非球面的塑料透鏡，以及透鏡L6是在像面?zhèn)鹊谋砻鏋榉乔蛎娴乃芰贤哥R。
表7示出了將具體數(shù)值應(yīng)用于根據(jù)第三實(shí)施方式的變焦透鏡3的數(shù)值實(shí)施例3的相應(yīng)數(shù)值。
表7


在變焦透鏡3中，在變焦期間，第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的表面間隔d6、第二透鏡組GR2和可變光闌IR之間的表面間隔d10、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的表面間隔d13、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的表面間隔d15是可變的。在表8中，根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的在短焦距端、在短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處、在長焦距端的各表面間隔d6、d10、d13和d15的相應(yīng)數(shù)值連同焦距、F數(shù)和半視場(chǎng)角ω(度)一起被示出。
表8


在變焦透鏡3中，透鏡L2的兩個(gè)表面(s5和s6)、透鏡L3的兩個(gè)表面(s7和s8)、透鏡L5在物側(cè)的表面(s12)、以及透鏡L6在像面?zhèn)鹊谋砻?s15)被構(gòu)成為非球面。在表9中，各表面s5、s6、s7、s8、s12和s15的第4階、第6階、第8階和第10階非球面系數(shù)C4、C6、C8和C10連同其圓錐常數(shù)k一起被示出。
表9


在該數(shù)值實(shí)施例3中，類似于數(shù)值實(shí)施例1，通過將第一透鏡組GR1中的透鏡L2的兩個(gè)表面(s5和s6)構(gòu)成為非球面，來校正畸變像差，并減小棱鏡P的尺寸。此外，在第五透鏡組GR5中，通過將膠合透鏡(透鏡L7和透鏡L8)的膠合面構(gòu)成為在物側(cè)的凸面，來校正色差。
此外，透鏡L3、透鏡L5和透鏡L6由塑料模制材料制成，并且至少一個(gè)負(fù)透鏡和至少一個(gè)正透鏡均為塑料的，因此抵消由于溫度變化而引起的特性變化，并發(fā)揮更大的作用。
圖10至12是示出在短焦距端、在中間焦距處和在長焦距端的各種像差的曲線圖。在每幅圖中，曲線圖(A)表示球面像差，曲線圖(B)表示像散，以及曲線圖(C)表示畸變像差。
表10示出了數(shù)值實(shí)施例1至3中對(duì)應(yīng)于上述條件公式的值。
表10


現(xiàn)在，描述采用上述變焦透鏡的圖像拾取裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖14是示出能夠安裝本發(fā)明的變焦透鏡的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的方框圖。
圖14中所示的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)100包括具有圖像拾取功能的照相機(jī)組件10，用于對(duì)拾取的圖像信號(hào)進(jìn)行諸如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理的照相機(jī)信號(hào)處理部分20，用于對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行記錄復(fù)制處理的圖像處理部分30，用于顯示拾取的圖像等的LCD(液晶顯示器)40，用于執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)卡51的讀/寫的R/W(讀取器和寫入器)50，用于控制整個(gè)裝置的CPU 60，用于由用戶輸入的操作的輸入部分70，以及用于控制對(duì)照相機(jī)組件10中的透鏡的驅(qū)動(dòng)的透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80。
照相機(jī)組件10由包括應(yīng)用本發(fā)明的變焦透鏡11(可以使用上述的變焦透鏡1至3)的光學(xué)系統(tǒng)、例如CCD等的圖像拾取裝置12組成。照相機(jī)信號(hào)處理部分20執(zhí)行信號(hào)處理，例如將來自圖像拾取裝置12的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)、噪聲消除、圖像質(zhì)量修正、以及轉(zhuǎn)換為亮度和顏色差信號(hào)等。圖像處理部分30執(zhí)行基于預(yù)定的圖像數(shù)據(jù)格式的圖像信號(hào)的壓縮和編碼/擴(kuò)展和解碼處理、對(duì)例如分辨率的數(shù)據(jù)規(guī)格的轉(zhuǎn)換處理，等等。
存儲(chǔ)卡51由可折卸的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器制成。R/W 50將通過圖像處理部分30編碼的圖像數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)卡51，并讀出存儲(chǔ)卡51中記錄的圖像數(shù)據(jù)。CPU 60是用于控制數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的各電路塊的控制處理部分，其基于來自輸入部分70等的指令輸入信號(hào)來控制各電路塊。
輸入部分70例如包括用于執(zhí)行快門操作的快門釋放按鈕，用于選擇操作方式等的選擇開關(guān)。輸入部分70根據(jù)用戶的操作向CPU 60輸出指令輸入信號(hào)。透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80基于來自CPU 60的控制信號(hào)來控制用于驅(qū)動(dòng)變焦透鏡11中的透鏡的馬達(dá)(圖中未示出)等。
在下文中，將簡要地描述該數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的操作。
在照相的備用狀態(tài)中，在CPU 60的控制下，在照相機(jī)組件10中拾取的圖像信號(hào)經(jīng)由照相機(jī)信號(hào)處理部分20輸出給LCD 40，以便作為通過照相機(jī)的圖像而顯示。此外，當(dāng)從輸入部分70輸入用于變焦的指令輸入信號(hào)時(shí)，CPU 60向透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80輸出控制信號(hào)，以便基于對(duì)透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80的控制來移動(dòng)變焦透鏡11中的預(yù)定透鏡。
然后，當(dāng)通過來自輸入部分70的指令輸入信號(hào)來釋放照相機(jī)組件10中的圖中未示出的快門時(shí)，將拾取的圖像信號(hào)從照相機(jī)信號(hào)處理部分20輸出到圖像處理部分30，以便進(jìn)行壓縮和編碼處理，并將其轉(zhuǎn)換成預(yù)定數(shù)據(jù)格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出到R/W 50，以便寫入存儲(chǔ)卡51中。
例如，在為了進(jìn)行記錄等而將快門釋放按鈕半壓或全壓下的情況下，基于來自CPU 60的控制信號(hào)，由移動(dòng)變焦透鏡11中的預(yù)定透鏡的透鏡驅(qū)動(dòng)控制部分80來實(shí)現(xiàn)聚焦。
此外，當(dāng)復(fù)制記錄在存儲(chǔ)卡51中的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，R/W 50根據(jù)輸入部分70的操作從存儲(chǔ)卡51中讀出預(yù)定圖像數(shù)據(jù)，并在圖像處理部分30中對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展和解碼處理，然后將該復(fù)制圖像信號(hào)輸出給LCD 40。這允許顯示復(fù)制圖像。
圖13示出了在物體位于圖中的左側(cè)的情況下數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的內(nèi)部。變焦透鏡11被容納于照相機(jī)殼體90的內(nèi)部，圖像拾取裝置12被設(shè)置于該變焦透鏡11的下面。此外，LCD 40被設(shè)置于與物體相反的一側(cè)的照相機(jī)殼體90表面內(nèi)，并被用于在照相時(shí)匹配視角。
本發(fā)明的變焦透鏡通過棱鏡來使來自物體的光的光軸彎折，并沿著折射方向(圖中為垂直方向)移動(dòng)預(yù)定透鏡，這能夠?qū)崿F(xiàn)變焦和聚焦。因此，無需使變焦透鏡11從照相機(jī)殼體90伸出就可以進(jìn)行照相，并因此減小在照相時(shí)照相機(jī)機(jī)身的深度。另外，變焦透鏡11被設(shè)計(jì)為滿足上述條件，這能進(jìn)一步減小照相機(jī)殼體90的厚度，并減小其在垂直方向的尺寸。因此，盡管結(jié)構(gòu)緊湊，也能夠?qū)崿F(xiàn)約3倍到5倍的變焦，并能在各種焦距處獲得具有較小像差的高質(zhì)量的拾取圖像。
此外，通過沿著垂直于光軸的方向移動(dòng)所配置的整個(gè)變焦組或其部分，也可以校正由于照相機(jī)震動(dòng)而引起的圖像移動(dòng)。
雖然在上述實(shí)施方式中描述了將圖像拾取裝置應(yīng)用于數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的情況，但也可以將其應(yīng)用于其他圖像拾取裝置或類似物、例如攝像機(jī)等。
各實(shí)施方式和各數(shù)值實(shí)施例中所表示的各部件的具體形狀、結(jié)構(gòu)和數(shù)值僅僅是在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)進(jìn)行的實(shí)施方式的實(shí)施例。本發(fā)明的技術(shù)范圍不應(yīng)當(dāng)被限制性地解釋。
優(yōu)選的是將本發(fā)明應(yīng)用于需要小型化和高質(zhì)量的例如攝像機(jī)或數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拾取裝置。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，取決于設(shè)計(jì)需要以及其他因素，可以存在各種修改、組合、子組合以及替代方案，只要它們位于所附的權(quán)利要求或其等價(jià)物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括從物側(cè)開始依次布置的以下透鏡組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；所述變焦透鏡被配置為通過移動(dòng)所述第二透鏡組和所述第四透鏡組來進(jìn)行變焦；其中所述第一透鏡組包括從物側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前透鏡組、使光路彎折的光學(xué)件、以及具有正折射率的后透鏡組，其中所述第四透鏡組包括一個(gè)單透鏡，以及其中如果所述第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力被設(shè)為β5，則滿足下面的條件公式(1)(1)1.0＜β5＜1.8。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡其中在所述第一透鏡組中，所述前透鏡組包括一個(gè)具有負(fù)折射率的彎月形透鏡，該彎月形透鏡被構(gòu)成為朝向物側(cè)的凸形，所述光學(xué)件包括棱鏡，以及所述后透鏡組包括一個(gè)兩個(gè)表面均為凸面的透鏡，以及其中如果組成所述前透鏡組的所述彎月形透鏡對(duì)d線的折射率被設(shè)為ndL1，并且對(duì)d線的阿貝數(shù)被設(shè)為vdL1，則滿足下面的條件公式(2)和(3)(2)ndL1＞1.8，(3)vdL1＜30。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡其中通過從物側(cè)向像面?zhèn)纫苿?dòng)所述第二透鏡組并從像面?zhèn)认蛭飩?cè)移動(dòng)所述第四透鏡組來實(shí)現(xiàn)從短焦距端到長焦距端的變焦，以及其中如果所述第二透鏡組從短焦距端到長焦距端的行程被設(shè)為dZ2，并且所述第四透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)從短焦距端到長焦距端的行程被設(shè)為dZ4，則滿足下面的條件公式(4)(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
4.如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡其中通過從物側(cè)向像面?zhèn)纫苿?dòng)所述第二透鏡組并從像面?zhèn)认蛭飩?cè)移動(dòng)所述第四透鏡組來實(shí)現(xiàn)從短焦距端到長焦距端的變焦，以及其中如果所述第二透鏡組從短焦距端到長焦距端的行程被設(shè)為dZ2，并且所述第四透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)從短焦距端到長焦距端的行程被設(shè)為dZ4，則滿足下面的條件公式(4)(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡其中所述第二透鏡組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡、所述第三透鏡組中的至少一個(gè)正透鏡、以及所述第四透鏡組由塑料透鏡制成。
6.如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡其中所述第二透鏡組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡、所述第三透鏡組中的至少一個(gè)正透鏡、以及所述第四透鏡組由塑料透鏡制成。
7.如權(quán)利要求3所述的變焦透鏡其中所述第二透鏡組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡、所述第三透鏡組中的至少一個(gè)正透鏡、以及所述第四透鏡組由塑料透鏡制成。
8.如權(quán)利要求4所述的變焦透鏡其中所述第二透鏡組中的至少一個(gè)負(fù)透鏡、所述第三透鏡組中的至少一個(gè)正透鏡、以及所述第四透鏡組由塑料透鏡制成。
9.一種采用變焦透鏡作為圖像拾取透鏡的圖像拾取裝置，所述變焦透鏡包括從物側(cè)開始依次布置的以下透鏡組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；所述變焦透鏡被配置為通過移動(dòng)所述第二透鏡組和所述第四透鏡組來進(jìn)行變焦；其中所述第四透鏡組包括一個(gè)單透鏡，以及其中如果所述第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力被設(shè)為β5，則滿足下面的條件公式(1)(1)1.0＜β5＜1.8。
全文摘要
提出一種變焦透鏡，該變焦透鏡包括從物側(cè)開始依次布置的以下透鏡組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，通過移動(dòng)所述第二透鏡組和所述第四透鏡組來進(jìn)行變焦，其中所述第一透鏡組包括從物側(cè)開始依次布置的具有負(fù)折射率的前透鏡組、用于使光路彎折的光學(xué)件、以及具有正折射率的后透鏡組，其中所述第四透鏡組包括一個(gè)單透鏡，并且如果第五透鏡組在物距為無限遠(yuǎn)時(shí)的成像能力為β5，則滿足條件公式(1)1.0＜β5＜1.8。
文檔編號(hào)G02B13/18GK1725094SQ20051008370
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
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