專利名稱：變焦鏡頭及成像設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及發(fā)明性的變焦鏡頭及成像設備。更具體地，本發(fā)明涉及一種適用于緊湊數(shù)碼相機的具有大約4×或更大放大倍率的小尺寸穩(wěn)定變焦鏡頭，以及一種使用該穩(wěn)定變焦鏡頭的成像設備。
背景技術(shù)：
近年來，使用固態(tài)成像裝置的成像設備(諸如數(shù)碼相機)變得很普遍。隨著這種數(shù)碼相機的廣泛使用，需要創(chuàng)建更高質(zhì)量的圖像。特別是在具有大量像素的數(shù)碼相機中，需要這樣的鏡頭具有符合包括大量像素的固態(tài)成像裝置要求的優(yōu)良成像性能的拍攝鏡頭，特別是薄變焦鏡頭。
另一方面，由于厚度減小的成像設備和具有大量像素的成像裝置的不利影響，在拍攝圖像的過程中容易出現(xiàn)圖像模糊的問題。對具有圖像穩(wěn)定功能的高放大倍率變焦鏡頭的需求日益增加。
在JP-A-2000-131610(專利參考文獻1)中描述的變焦鏡頭中，可以實現(xiàn)具有約10mm厚度、約3×光學放大倍率的數(shù)碼相機，在該數(shù)碼相機的光學系統(tǒng)中插入有使光程轉(zhuǎn)向的棱鏡，以減小入射光的軸向尺寸(即，減小厚度)。
此外，在JP-A-2005-181635(專利參考文獻2)中描述的變焦鏡頭中，第二透鏡組(其是可變放大倍率組)由四個透鏡構(gòu)成，以實現(xiàn)高可變放大倍率。

發(fā)明內(nèi)容
然而，專利參考文獻1中描述的變焦鏡頭具有約為3×放大倍率的變焦比，但不具有穩(wěn)定構(gòu)造，這不能滿足對具有約4×以上放大倍率的具有穩(wěn)定功能的穩(wěn)定變焦鏡頭的需要。
此外，在專利參考文獻2中描述的變焦鏡頭中，實現(xiàn)了厚度的減小以及高可變放大倍率，但它不是穩(wěn)定變焦鏡頭，還存在著沒有充分減小全部長度的問題。
期望提供一種能夠在保持減小的厚度以及提供圖像穩(wěn)定功能的同時實現(xiàn)高可變放大倍率和減小全部長度的變焦鏡頭，以及使用該變焦鏡頭的成像設備。
根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭是由多個透鏡組構(gòu)成以通過改變透鏡組之間的距離來改變放大倍率的變焦鏡頭，該變焦鏡頭包括最后透鏡組，位于最接近圖像側(cè)的位置，包括具有負折射力的負部件組、和鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，通過沿垂直于光軸的方向移動正部件組來移動圖像，并滿足條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)
其中，fgn是最后透鏡組中的負部件組的焦距，Ngn是最后透鏡組中的負部件組的平均折射率，fT是遠攝端處整個系統(tǒng)的焦距，vgn是最后透鏡組中的負部件組的合成阿貝數(shù)(composite Abbenumber)，以及vgis是最后透鏡組中的正部件組的合成阿貝數(shù)。
此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的成像設備是包括變焦鏡頭、以及用于將由變焦鏡頭形成的光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號的成像裝置的成像設備，該成像設備包括相機抖動檢測裝置，可操作用于檢測成像設備的運動；相機抖動控制裝置，可操作用于計算補償由相機抖動檢測裝置檢測到的成像設備的運動引起的圖像波動的運動補償角，并可操作用于發(fā)送驅(qū)動信號以將變焦鏡頭中的移動透鏡組置于基于運動補償角的位置處；以及驅(qū)動部，可操作用于基于驅(qū)動信號沿垂直于光軸的方向移動移動透鏡組，其中，變焦鏡頭由多個透鏡組構(gòu)成，以通過改變透鏡組之間的距離來改變放大倍率，位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組以及鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，通過沿垂直于光軸的方向移動正部件組來移動圖像，滿足條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及變焦鏡頭的最后透鏡組中的正部件組是移動透鏡組。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以實現(xiàn)厚度的減小和高可變放大倍率，同時可以提供圖像穩(wěn)定功能。


圖1示出了描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖；
圖2連同圖3～圖6一起示出了描述數(shù)字實例1的各種像差的示意圖，其中，具體的數(shù)值適用于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的變焦鏡頭，圖2示出了短焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)；圖3示出了描述中間焦距處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；圖4示出了描述長焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；圖5從上面開始示出了描述當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心(axial center)處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差的示意圖；圖6從上面開始示出了描述當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，長焦距端處的橫向像差的示意圖；圖7示出了描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖；圖8連同圖9～圖12一起示出了描述數(shù)字實例2的各種像差的示意圖，其中，具體的數(shù)值適用于根據(jù)本發(fā)明第二實施例的變焦鏡頭，圖8示出了短焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)；
圖9示出了描述中間焦距處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；圖10示出了描述長焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；圖11從上面開始示出了描述當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差的示意圖；圖12從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，長焦距端處的橫向像差；圖13示出了描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖；圖14連同圖15～圖18一起示出了描述數(shù)字實例3的各種像差的示意圖，其中，具體的數(shù)值適用于根據(jù)本發(fā)明第三實施例的變焦鏡頭，圖14示出了短焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)；圖15示出了描述中間焦距處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；圖16示出了描述長焦距端處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)的示意圖；
圖17從上面開始示出了描述當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差的示意圖；圖18從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，長焦距端處的橫向像差；以及圖19示出了描述根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性成像設備的框圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖和表格來描述用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭和成像設備的最佳模式。
首先，將描述變焦鏡頭。
根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭由多個透鏡組構(gòu)成，該變焦鏡頭是通過改變透鏡組之間的距離來改變放大倍率的變焦鏡頭。位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組、和鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，最后透鏡組可以通過沿垂直于光軸的方向移動正部件組來移動圖像。此外，其滿足下列條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)其中，fgn是最后透鏡組中的負部件組的焦距；
Ngn是最后透鏡組中的負部件組的平均折射率；fT是遠攝端處整個系統(tǒng)的焦距；vgn是最后透鏡組中的負部件組的合成阿貝數(shù)；以及vgis是最后透鏡組中的正部件組的合成阿貝數(shù)。
通過上述構(gòu)造，根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭可以實現(xiàn)高放大倍率以及尺寸的減小，并可以提供相機穩(wěn)定功能。此外，在最后透鏡組中依次設置負部件組和正部件組，以使成像裝置中具有平緩的入射角，這最適合于具有使用諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)的光電轉(zhuǎn)換元件的成像裝置的成像設備。
通過下式來表示每個透鏡組的Petzval和PP＝f/N其中，f是透鏡的焦距，N是透鏡的折射率。
從上述的討論可知，當確定了最后透鏡組中的負部件組的Petzval和Pn時，就可以得到Pn＝fgn/Ngn。得到下式，其中，Pntele是在遠攝端處的焦距中標準化了的Pn＝fgn/Ngn，Pntele＝fgn/(Ngn·fT)換言之，式(1)是用于在遠攝端處的焦距中對最后透鏡組中的負部件組的Petzval和進行標準化的式子。
當要為所有鏡頭提供高放大倍率并要減小全部長度時，整個系統(tǒng)的Petzval和趨向于為正，且需要使負部件組具有較大的Petzval和，以補償整個系統(tǒng)中的趨勢。
更具體地，當fag/(Ngn·fT)的值超過-0.05時，很難補償整個系統(tǒng)中的Petzval和，從而使得難以實現(xiàn)提供高可變放大倍率和減小整個鏡頭系統(tǒng)的尺寸。此外，與此相反，當fag/(Ngn·fT)的值小于-0.30時，Petzval和為過補償?shù)?，這不利于補償像差。特別地，當專門用于提供高放大倍率和減小尺寸時，使用接近于-0.2＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.1的值是最有效的。在這種情況下，提供高放大倍率和高成像性能、以及減小尺寸的要求都可以滿足。
式(2)限定了最后透鏡組中的負部件組和鄰近圖像側(cè)設置的正部件組之間的合成阿貝數(shù)的差。更具體地，由于在保持相機穩(wěn)定的過程中放大倍率色像差的波動太大，所以vgn-vgis的值低于30是不可取的。
此外，在光軸附近的軸上給出如下合成阿貝數(shù)vd。例如，在正和負粘合透鏡的情況中，通過下式給出vdvd＝1/f·((f1·f2·v1·v2)/(f1·v1+f2·v2))其中，f1是透鏡的正焦距，f2是透鏡的負焦距，v1是正透鏡的阿貝數(shù)，v2是負透鏡的阿貝數(shù)，以及f是粘合透鏡的焦距。
期望根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭由負彎月單透鏡構(gòu)成，其中，最后透鏡組中的負部件組包括具有負折射力的朝向物體側(cè)的凸面，其滿足下面的條件式(3)Ngn＞1.80(3)
假設構(gòu)成負部件組的透鏡是凹面朝向物體側(cè)的彎月透鏡，則出現(xiàn)在凹面中的球面像差較大，且難以補償整個系統(tǒng)中的像差。
式(3)限定了最后透鏡組中的負部件組的折射率。更具體地，當Ngn低于1.80時，負部件組的折射力變強以補償整個透鏡系統(tǒng)的Petzval和。因此，不保持補償球面像差的平衡會引起成像性能的降低或透鏡尺寸的增加。
期望根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭由單透鏡或單粘合透鏡(其中，最后透鏡組中的正部件組具有正折射力)構(gòu)成，其滿足下面的條件式(4)，其中，fgis是最后透鏡組中的正部件組的焦距0.3＜fgis/fT＜1.2(4)由于穩(wěn)定組由多個透鏡構(gòu)成，因此在保持相機穩(wěn)定的過程中，會向驅(qū)動機構(gòu)施加很大的負載，因此期望正部件組由單透鏡或單粘合透鏡構(gòu)成。
此外，當可變放大率為5倍或更大時，在保持相機穩(wěn)定的過程中放大倍率色像差的波動很容易變大。更希望具有正折射力的正部件組由具有正折射力的雙凸透鏡、和負彎月透鏡的粘合透鏡(其中，具有負折射力的凹面朝向物體側(cè))構(gòu)成。
此外，當正部件組由塑料透鏡構(gòu)成時，由于塑料透鏡可以減小重量因此可以有助于節(jié)省電力，同時塑料透鏡還比玻璃透鏡廉價。
式(4)限定了正部件組的焦距和遠攝端處的整個透鏡系統(tǒng)的焦距之間的比。更具體地，當fgis/fT低于0.3時，作為穩(wěn)定組的正部件組的運動補償系數(shù)變小，所以保持相機穩(wěn)定(補償圖像波動)所需的移動量不利于減小尺寸。另一方面，當fgis/fT的值超過1.2時，作為穩(wěn)定組的正部件組的正放大倍率變得太強，所以在保持相機穩(wěn)定的過程中的像面(field)波動量也不利的變得非常大。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭是其中心在制造最后透鏡組中的負部件組的過程中被校準的鏡頭。負部件組適用于補償每個象限中的像面差(局部模糊)，這是因為當其沿著垂直于光軸的方向移動時，產(chǎn)生了大的像面波動而沒有產(chǎn)生彗型像差。因此，可以制造具有穩(wěn)定成像性能的穩(wěn)定變焦鏡頭。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭中，期望在改變放大倍率時最后透鏡組是固定的。由于最后透鏡組具有可沿垂直于光軸的方向運動的穩(wěn)定組(正部件組)、以及可沿垂直于光軸的方向運動的中心校準的透鏡組(負部件組)，所以最后透鏡組不適于沿光軸方向運動。即使將最后透鏡組構(gòu)造為可移動的，其驅(qū)動裝置的尺寸也會增加。
期望根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭由從物體側(cè)開始依次設置的以下部分構(gòu)成第一透鏡組，在放大倍率改變時，具有固定的正折射力；第二透鏡組，具有負折射力，并在光軸上運動以執(zhí)行放大倍率改變的操作；第三透鏡組，當放大倍率改變時，具有固定的正折射力；第四透鏡組，具有正折射力，并在光軸上運動，以將像面位置保持在恒定位置，其中，像面位置的波動由移動第二透鏡組和被攝物體的位置而引起；以及第五透鏡組，其作為最后透鏡組且具有正或負折射力，其中，第一透鏡組由從物體側(cè)開始依次設置的具有負折射力的單透鏡、使光程轉(zhuǎn)向的反射元件、以及具有正折射力的透鏡構(gòu)成。通過該構(gòu)造，可以制造能夠?qū)崿F(xiàn)提供高放大倍率和減小尺寸的穩(wěn)定變焦鏡頭。此外，對于反射元件，期望使用具有較高折射率的棱鏡。折射率越高，越有利于減小尺寸和提供高放大倍率。
期望根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭滿足下面的條件式(5)，其中，T是最后透鏡組中的負部件組和正部件組之間的空間間距(airinterval)，fW是廣角端處的整個鏡頭系統(tǒng)的焦距0.1＜T/fW＜1.0(5)式(5)限定了最后透鏡組中的負部件組與正部件組之間的空間間距和廣角端處的整個鏡頭系統(tǒng)的焦距之間的比。更具體地，當T/fW的值低于0.1時，負部件組和正部件組在保持相機穩(wěn)定的過程中相互干擾，這在該構(gòu)造中是不利的。另一方面，當T/fW的值超過1.0時，運動補償系數(shù)太小，于是在保持相機穩(wěn)定的過程中難以保證足夠的補償量，或增加穩(wěn)定組(正部件組)的尺寸，這會造成難以減小尺寸。此外，最好滿足0.2＜T/fW＜0.7。在這種情況中，運動補償系數(shù)、保持相機穩(wěn)定所需的運動量、以及保持相機穩(wěn)定過程中的成像性能全都可以得到滿足。
接下來，將參照附圖和表格來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的一些形式的變焦鏡頭以及數(shù)字實例，其中，具體的數(shù)值適用于實施例。
此外，在實施例中，采用了非球面。非球面的形狀由下面的式1來限定，其中，x是從透鏡表面上的頂點開始的沿光軸方向的距離，y是沿垂直于光軸的方向的高度，c是透鏡頂點附近的近軸曲率，K是二次曲線常數(shù)，以及Ai是第i階的非球面系數(shù)。
式1x=y2·c21+1-(1+K)·y2·c2+ΣAi·yi]]>圖1示出了描述根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖。變焦鏡頭1被配置為從物體側(cè)開始依次設置有具有正折射力的第一透鏡組GR1、具有負折射力的第二透鏡組GR2、具有正折射力的第三透鏡組GR3、具有正折射力的第四透鏡組GR4、以及具有負折射力的第五透鏡組GR5。在將鏡頭位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，第一透鏡組GR1、第三透鏡組GR3、和第五透鏡組GR5在光軸方向中是固定的，而第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4按照圖1中的虛線箭頭的指示沿著光軸運動。此外，在近距離聚焦的過程中，第四透鏡組GR4沿著光軸方向運動。
第一透鏡組GR1由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L11、使光軸轉(zhuǎn)向90°的直角棱鏡L12、以及兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L13構(gòu)成。
第二透鏡組GR2由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L21、由負透鏡和正透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L22、以及負透鏡L23構(gòu)成。第三透鏡組GR3由在兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L3構(gòu)成。第四透鏡組GR4由由從物體側(cè)開始依次設置的正透鏡和負透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L4構(gòu)成，其中，L4在物體側(cè)具有非球面。第五透鏡組GR5由從物體側(cè)開始依次設置的凸面朝向物體側(cè)的負彎月透鏡L51、和雙凸形狀的正透鏡L52構(gòu)成。沿與光軸方向正交的方向移動第五透鏡組(最后透鏡組)中的正部件組L52，以補償由諸如手振動相機的運動引起的圖像波動。此外，孔徑光闌S位于第三透鏡組GR3的像面?zhèn)雀浇?，當放大倍率改變時，其在光軸方向上是固定的。
表1示出了數(shù)字實例1的透鏡數(shù)據(jù)，這些數(shù)值適用于第一實施例。在示出了數(shù)字實例1和稍后描述的數(shù)字實例的透鏡數(shù)據(jù)的表中，“i”表示從物體側(cè)開始的第i個光學面，“ri”表示從物體側(cè)開始的第i個表面的近軸曲率半徑，“di”表示從物體側(cè)開始的第i個光學面和第i+1個光學面之間的軸向間距，“ni”表示物體側(cè)的具有第i個光學面的玻璃透鏡材料的d線(λ＝587.6nm)的折射率，“vi”表示物體側(cè)的具有第i個光學面的玻璃透鏡材料的d線的阿貝數(shù)。對于“ri”，“INF”表示有關的光學面是平面，且對于“di”，“可變”表示有關的軸向間距是可變間距。
此外，f表示焦距，F(xiàn)NO表示F數(shù)，以及ω表示半視角。
表1

在將透鏡位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，以下各項發(fā)生了改變第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的軸向間距d6、第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3之間的軸向間距d13、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的軸向間距d15、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的軸向間距d18。表2示出了數(shù)字實例1中的每個可變間距的短焦距端(f＝1.000)、中間焦距(f＝2.145)、和長焦距端(f＝4.600)的值。
表2

第五表面(R5)、第六表面(R6)、第十四表面(R14)、第十五表面(R15)、和第十六表面(R16)由非球面構(gòu)成。表3示出了數(shù)字實例1中的階數(shù)為4、6、8、和10的非球面的非球面系數(shù)，以及二次曲線常數(shù)K。
其中，在表3和下面示出的非球面系數(shù)表中，“E-i”表示使用底為10的指數(shù)計數(shù)法，即“10-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
表3

圖2～圖6示出了數(shù)字實例1中的無限遠聚焦狀態(tài)的像差示意圖。圖2示出了短焦距端(f＝1.000)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，圖3示出了中間焦距(f＝2.145)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，以及圖4示出了長焦距端(f＝4.600)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)。此外，在圖2～圖4中，在球面像差中，縱軸是與全F值的比，散焦位于橫軸上，其示出了在d線處的球面像差。在像散中，縱軸是圖像高度，橫軸是焦點，實線是徑向，而虛線是子午像面(meridional field)。在畸變中，縱軸是圖像高度，橫軸以％來表示。
此外，圖5從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差。圖6從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，上述長焦距端處的橫向像差。
圖7示出了描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖。變焦鏡頭2被構(gòu)造為從物體側(cè)開始依次設置有具有正折射力的第一透鏡組GR1、具有負折射力的第二透鏡組GR2、具有正折射力的第三透鏡組GR3、具有正折射力的第四透鏡組GR4、以及具有負折射力的第五透鏡組GR5。在將鏡頭位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，第一透鏡組GR1、第三透鏡組GR3、和第五透鏡組GR5在光軸方向上是固定的，且第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4按照圖7中的虛線箭頭所示沿光軸運動。此外，在近距離聚焦的過程中，第四透鏡組GR4沿光軸的方向運動。
第一透鏡組GR1由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L11、使光軸轉(zhuǎn)向90°的直角棱鏡L12、在兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L13、以及正透鏡L14構(gòu)成。第二透鏡組GR2由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L21、由負透鏡和正透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L22、以及負透鏡L23構(gòu)成。第三透鏡組GR3由在兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L3構(gòu)成。第四透鏡組GR4由由從物體側(cè)開始依次設置的正透鏡和負透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L4構(gòu)成，其中，L4在物體側(cè)具有非球面。第五透鏡組GR5由從物體側(cè)開始依次設置的凸面朝向物體側(cè)的負彎月透鏡L51、和由正透鏡和負透鏡構(gòu)成的粘合正透鏡L52構(gòu)成。第五透鏡組(最后透鏡組)中的正部件組L52沿與光軸方向正交的方向移動，以補償由諸如手振動相機的運動引起的圖像波動。此外，孔徑光闌S位于第三透鏡組GR3的像面?zhèn)雀浇?，當放大倍率改變時，其在光軸方向上是固定的。
表4示出了數(shù)字實例2的透鏡數(shù)據(jù)，這些具體數(shù)值適用于第二實施例。
表4

在將透鏡位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，以下各項發(fā)生了改變第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的軸向間距d8、第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3之間的軸向間距d15、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的軸向間距d17、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的軸向間距d20。表5示出了數(shù)字實例2中的每個可變間距的短焦距端(f＝1.00)、中間焦距(f＝2.37)、和長焦距端(f＝5.60)的值。
表5

第七表面(R7)、第八表面(R8)、第十六表面(R16)、第十七表面(R17)、和第十八表面(R18)由非球面構(gòu)成。表6示出了數(shù)字實例2中的階數(shù)為4、6、8、和10的非球面的非球面系數(shù)，以及二次曲線常數(shù)K。
表6

圖8～圖12示出了數(shù)字實例2中的無限遠聚焦狀態(tài)的像差示意圖。圖8示出了短焦距端(f＝1.00)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，圖9示出了中間焦距(f＝2.37)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，以及圖10示出了長焦距端(f＝5.60)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)。此外，在圖8～圖10中，在球面像差中，縱軸是與全F值的比，散焦位于橫軸上，其示出了d線處的球面像差。在像散中，縱軸是圖像高度，橫軸是焦點，實線是徑向，而虛線是子午像面。在畸變中，縱軸是圖像高度，而橫軸以％來表示。
此外，圖11從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差。圖12從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，長焦距端處的橫向像差。
圖13示出了描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的變焦鏡頭的鏡頭構(gòu)造的示意圖。變焦鏡頭3被構(gòu)造為從物體側(cè)開始依次設置有具有正折射力的第一透鏡組GR1、具有負折射力的第二透鏡組GR2、具有正折射力的第三透鏡組GR3、具有正折射力的第四透鏡組GR4、以及具有負折射力的第五透鏡組GR5。在將鏡頭位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，第一透鏡組GR1、第三透鏡組GR3、和第五透鏡組GR5在光軸方向上是固定的，且第二透鏡組GR2和第四透鏡組GR4按照圖13中的虛線箭頭所示沿光軸運動。此外，在近距離聚焦的過程中，第四透鏡組GR4沿光軸的方向運動。
第一透鏡組GR1由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L11、使光軸轉(zhuǎn)向90°的直角棱鏡L12、和兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L13構(gòu)成。第二透鏡組GR2由從物體側(cè)開始依次設置的負透鏡L21、由負透鏡和正透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L22構(gòu)成。第三透鏡組GR3由在兩側(cè)都具有非球面的正透鏡L3構(gòu)成。第四透鏡組GR4由由從物體側(cè)開始依次設置的正透鏡和負透鏡構(gòu)成的粘合透鏡L4構(gòu)成，其中，L4在物體側(cè)具有非球面。第五透鏡組GR5由從物體側(cè)開始依次設置的凸面朝向物體側(cè)的負彎月透鏡L51、和由正透鏡和負透鏡構(gòu)成的粘合正透鏡L52構(gòu)成。第五透鏡組(最后透鏡組)中的正部件組L52沿與光軸方向正交的方向移動，以補償由諸如手振動相機的運動引起的圖像波動。此外，孔徑光闌S位于第三透鏡組GR3的像面?zhèn)雀浇敺糯蟊堵矢淖儠r，其在光軸方向上是固定的。
表7示出了數(shù)字實例3的透鏡數(shù)據(jù)，這些具體數(shù)值適用于第三實施例。
表7

在將透鏡位置從短焦距端改變到長焦距端的過程中，以下各項發(fā)生了改變第一透鏡組GR1和第二透鏡組GR2之間的軸向間距d6、第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3之間的軸向間距d11、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的軸向間距d13、以及第四透鏡組GR4和第五透鏡組GR5之間的軸向間距d16。表8示出了數(shù)字實例3中的每個可變間距的短焦距端(f＝1.00)、中間焦距(f＝1.92)、和長焦距端(f＝3.70)的值。
表8

第五表面(R5)、第六表面(R6)、第十二表面(R12)、第十三表面(R13)、和第十四表面(R14)由非球面構(gòu)成。
表9示出了數(shù)字實例3中的階數(shù)為4、6、8、和10的非球面的非球面系數(shù)，以及二次曲線常數(shù)K。
表9

圖14～圖18示出了數(shù)字實例3中的無限遠聚焦狀態(tài)的像差示意圖。圖14示出了短焦距端(f＝1.00)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，圖15示出了中間焦距(f＝1.92)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)，以及圖16示出了長焦距端(f＝3.70)處的縱向像差(球面像差、像散、以及畸變)。此外，在圖14～圖16中，在球面像差中，縱軸是與全F值的比，散焦位于橫軸上，其示出了d線處的球面像差。在像散中，縱軸是圖像高度，橫軸是焦點，實線是徑向，而虛線是子午像面。在畸變中，縱軸是圖像高度，而橫軸以％來表示。
此外，圖17從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，短焦距端處的橫向像差。圖18從上面開始示出了當以0.3°的角度以70％圖像高度補償圖像波動時、當以0.3°的角度在軸心處補償圖像波動時、以及當以0.3°的角度以-70％圖像高度補償圖像波動時，長焦距端處的橫向像差。
表10示出了確定數(shù)字實例1～3中所示的變焦鏡頭1～3的條件式(1)～(5)的條件的數(shù)值和對應于各條件式的值。
表10

從表10也可以清楚地看出，數(shù)字實例1～3的變焦鏡頭1～3滿足條件式(1)～(5)。此外，如像差示意圖中所示，在保持相機穩(wěn)定的同時，在短焦距端處、短焦距端和長焦距端之間的中間焦距處、和長焦距端處均衡地對每個像差進行了補償。
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的成像設備。
根據(jù)本發(fā)明實施例的成像設備是包括變焦鏡頭、和將由變焦鏡頭形成的光學圖像變換為電信號的成像裝置的成像設備，該成像設備包括相機抖動檢測模塊，可操作用于檢測成像設備的運動；相機抖動控制模塊，可操作用于計算用于補償由相機抖動檢測模塊檢測到的成像設備的運動引起的圖像波動的運動補償角，并可操作用于發(fā)送驅(qū)動信號以將變焦鏡頭中的移動透鏡組置于基于運動補償角的位置處；以及驅(qū)動部，可操作用于基于驅(qū)動信號沿著垂直于光軸的方向移動移動透鏡組，其中，變焦鏡頭由多個透鏡組構(gòu)成，以通過改變透鏡組之間距離來改變放大倍率，并且位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組、以及鄰近于圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，沿垂直于光軸的方向移動正部件組來移動圖像，滿足條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)變焦鏡頭的最后透鏡組中的正部件組是移動透鏡組。通過上述的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明實施例的成像設備被構(gòu)造為以小尺寸、高放大倍率來拍攝畫面并具有圖像穩(wěn)定功能。
接下來，將參照圖19所示的框圖來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的成像設備的具體形式。
成像設備10包括變焦鏡頭20和將由變焦鏡頭20攝取的光學圖像變換為電信號的成像裝置30。此外，對于成像裝置30，例如，可以采用使用諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)的光電轉(zhuǎn)換元件的成像裝置。對于變焦鏡頭20，可以采用根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭。在圖19中，通過單透鏡(通過單透鏡描述第五透鏡組GR5中的每個組)簡化示出了除根據(jù)圖1所示的第一實施例的變焦鏡頭1的第一透鏡組GR1以外的透鏡組。當然，不僅可以使用根據(jù)第一實施例的變焦鏡頭1，而且還可以使用以除了根據(jù)第二實施例和第三實施例以及本說明書中的實施例以外的形式構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦鏡頭。
在由成像裝置30生成的電信號中，聚焦控制信號被圖像分離電路40發(fā)送至控制電路50，同時圖像信號被發(fā)送至圖像處理電路。發(fā)送至圖像處理電路的信號被以適于通過顯示裝置進行顯示、在記錄介質(zhì)中進行記錄、由通信模塊進行傳送等后續(xù)處理方式的形式進行處理。
例如，將諸如變焦按鈕的操作的操作信號從外部輸入至控制電路50，以響應于該操作信號來執(zhí)行各種處理。例如，當通過變焦按鈕輸入變焦指令時，通過驅(qū)動器電路60和70來操作驅(qū)動部61和71，以基于該指令將狀態(tài)變換為聚焦狀態(tài)，且透鏡組GR2和GR4中的每一個都在預定的位置處移動。將由傳感器62和72獲得的透鏡組GR2和GR4中的每一個的位置信息輸入至控制電路50，當將指令信號輸出至驅(qū)動器電路60和70時，參考該信息。此外，控制電路50基于從圖像分離電路40發(fā)送的信號來檢查聚焦狀態(tài)，并通過驅(qū)動器電路70來操作驅(qū)動部71，以控制第四透鏡組GR4的位置，從而獲得最佳聚焦狀態(tài)。
成像設備10具有圖像穩(wěn)定功能。例如，當相機抖動檢測模塊80(諸如，陀螺儀傳感器)檢測到由按下快門釋放按鈕引起的成像設備的運動時，來自相機抖動檢測模塊80的信號被輸入至控制電路50，以在控制電路50中計算用于補償由運動引起的圖像波動的運動補償角。為了將第五透鏡組GR5的正部件組L52(移動透鏡組)置于基于計算出來的運動補償角的位置，通過驅(qū)動器電路90來操作驅(qū)動部91來沿垂直于光軸的方向運動(移動)正部件組L52。傳感器92檢測正部件組L52的位置，由傳感器92獲得的正部件組L52的位置信息被輸入至控制電路50，當將指令信號發(fā)送至驅(qū)動器電路90時，參考該信息。
上述的成像設備10可以采用各種形式作為具體產(chǎn)品。例如，其可以被廣泛地應用為數(shù)字輸入/輸出裝置(諸如，數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、集成有相機的移動電話、集成有相機的PDA(個人數(shù)字助理))的相機部。
此外，實施例和數(shù)字實例中所示的每個部件的具體形式和數(shù)值，僅示出了本發(fā)明實施例中的實例，因此不應該將本發(fā)明的技術(shù)范圍理解為限于此。
本領域技術(shù)人員應了解，在權(quán)利要求及其等效的范圍內(nèi)，可以根據(jù)設計要求和其他因素進行各種修改、組合、子組合和改變。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，包括多個透鏡組，通過改變所述透鏡組之間的距離來改變放大倍率，其中，位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組和鄰近于所述圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，所述正部件組沿垂直于光軸的方向移動來移動圖像，以及滿足條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05 (1)vgn-vgis＞30 (2)其中，fgn是所述最后透鏡組中的所述負部件組的焦距；Ngn是所述最后透鏡組中的所述負部件組的平均折射率；fT是遠攝端處整個系統(tǒng)的焦距；vgn是所述最后透鏡組中的所述負部件組的合成阿貝數(shù)；以及vgis是所述最后透鏡組中的所述正部件組的合成阿貝數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，所述最后透鏡組中的所述負部件組由負彎月單透鏡構(gòu)成，在所述負彎月單透鏡中，具有負折射力的凸面朝向物體側(cè)，其滿足下面的條件式(3)Ngn＞1.80(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，所述最后透鏡組中的所述正部件組由具有正折射力的單透鏡或單粘合透鏡構(gòu)成，其滿足下面的條件式(4)，0.3＜fgis/fT＜1.2(4)其中，fgis是所述最后透鏡組中的所述正部件組的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，所述最后透鏡組中的所述負部件組是其中心在制造過程中被校準了的中心校準透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，在改變放大倍率時，所述最后透鏡組是固定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，包括第一透鏡組，在改變放大倍率時，具有固定的正折射力；第二透鏡組，具有負折射力，并通過在光軸上運動來執(zhí)行放大倍率改變的操作；第三透鏡組，當改變放大倍率時，具有固定的正折射力；第四透鏡組，具有正折射力并通過在光軸上運動來將像面位置保持在恒定位置，其中，所述第二透鏡組和被攝體位置的運動會引起所述像面位置的波動；以及第五透鏡組，作為所述最后透鏡組具有正或負折射力，這些組從物體側(cè)開始依次設置，其中，所述第一透鏡組由從物體側(cè)開始依次設置的具有負折射力的單透鏡、使光程轉(zhuǎn)向的反射元件、和具有正折射力的透鏡構(gòu)成。
7.一種成像設備，包括變焦鏡頭；以及成像裝置，用于將由所述變焦鏡頭形成的光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號；相機抖動檢測裝置，可操作用于檢測所述成像設備的運動；相機抖動控制裝置，可操作用于計算用于補償由所述相機抖動檢測裝置檢測到的所述成像設備的運動引起的圖像波動的運動補償角，并可操作用于發(fā)送驅(qū)動信號以將所述變焦鏡頭中的移動透鏡組置于基于所述運動補償角的位置處；以及驅(qū)動部，可操作用于基于所述驅(qū)動信號沿垂直于光軸的方向移動所述移動透鏡組，其中，所述變焦鏡頭由多個透鏡組構(gòu)成，以通過改變所述透鏡組之間的距離來改變放大倍率，以及位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組和鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，所述正部件組通過沿垂直于光軸的方向移動來移動圖像，滿足條件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及所述變焦鏡頭的所述最后透鏡組中的所述正部件組是移動透鏡組。
8.一種成像設備，包括變焦鏡頭；以及成像裝置，用于將由所述變焦鏡頭形成的光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號；相機抖動檢測模塊，可操作用于檢測所述成像設備的運動；相機抖動控制模塊，可操作用于計算用于補償由所述相機抖動檢測模塊檢測到的所述成像設備的運動引起的圖像波動的運動補償角，并可操作用于發(fā)送驅(qū)動信號以將所述變焦鏡頭中的移動透鏡組置于基于所述運動補償角的位置處；以及驅(qū)動部，可操作用于基于所述驅(qū)動信號沿垂直于光軸的方向移動所述移動透鏡組，其中，所述變焦鏡頭由多個透鏡組構(gòu)成，以通過改變所述透鏡組之間的距離來改變放大倍率，以及位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組以及鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，所述正部件組通過沿垂直于光軸的方向移動來移動圖像，滿足條件式(1)和(2)，-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及所述變焦鏡頭的所述最后透鏡組中的所述正部件組是移動透鏡組。
全文摘要
一種變焦鏡頭包括多個透鏡組，并通過改變透鏡組之間的距離來改變放大倍率，其中，位于最接近圖像側(cè)位置的最后透鏡組包括具有負折射力的負部件組、和鄰近圖像側(cè)設置并具有正折射力的正部件組，其中，正部件組通過在垂直于光軸的方向上移動來移動圖像，滿足條件式(1)和(2)－0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜－0.05 (1)；vgn－vgis＞30 (2)。其中，fgn是負部件組的焦距，Ngn是負部件組的平均折射率，fT是遠攝端處整個系統(tǒng)的焦距，vgn是負部件組的合成阿貝數(shù)，以及vgis是正部件組的合成阿貝數(shù)。
文檔編號G02B9/60GK101071196SQ20071009748
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者黑田大介 申請人:索尼株式會社