專利名稱：成像單元以及成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種成像單元以及成像裝置。具體地，本公開涉及以下技術(shù)鄰域一種具有高縮放比例并且可以優(yōu)選地為照相機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視相機(jī)等提供足夠更寬的成像視角的成像單元以及一種包括所述成像單元的成像裝置。
背景技術(shù)：
近來(lái)，成像裝置(諸如數(shù)字相機(jī))的市場(chǎng)已經(jīng)龐大并且已經(jīng)存在對(duì)數(shù)字相機(jī)等的成像裝置的各種廣泛的用戶需求。不僅對(duì)于更高的圖像質(zhì)量和更小并更薄的機(jī)身的需求， 而且對(duì)于包括變焦透鏡的成像單元的更高的放大倍率和更寬的角度的需求近來(lái)已經(jīng)很強(qiáng)烈。一般地，帶有具有正折射力的最靠近被攝體的透鏡組的正引導(dǎo)型(positive lead-type)光學(xué)系統(tǒng)具有使其縮放因數(shù)更大的優(yōu)點(diǎn)，并且其通常被用作適合在例如縮放比例超過(guò)五倍的更高放大倍率的類型。具體地，作為小的正引導(dǎo)型光學(xué)系統(tǒng)，已知了從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地具有正、負(fù)、正、正折射力的四個(gè)透鏡組的四組配置的光學(xué)系統(tǒng)(變焦透鏡)(例如，參見(jiàn)專利文件1 (JP-A-2006-23529)、專利文件2 (JP-A-2005-338740)、專利文件3 (日本專利第 3977150 號(hào))、以及專利文件 4 (JP-A-2006-308957))。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文件1和專利文件3中描述的具有正、負(fù)、正、正折射力的四組配置的光學(xué)系統(tǒng)中，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)足夠的更高的放大倍率。此外，一般地，在具有正、負(fù)、正、正折射力的四組配置的光學(xué)系統(tǒng)中，為了更寬的角度，第一透鏡組的最靠近被攝體的透鏡的外直徑通常傾向于更大。因此，在專利文件1和專利文件3中描述的具有正、負(fù)、正、正折射力的四組配置的光學(xué)系統(tǒng)中，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)足夠更寬的成像視角以及尺寸縮減。此外，執(zhí)行對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的更寬角度以及更高放大倍率的良好的像差校正是必要的，并且一般使用多個(gè)透鏡。專利文件4中描述的光學(xué)系統(tǒng)是一種具有更高放大倍率以及更寬角度的光學(xué)系統(tǒng)，然而，如上所述的良好像差校正是必要的，并且在第一透鏡組中的透鏡數(shù)目龐大并且沒(méi)有實(shí)現(xiàn)足夠的尺寸縮減。此外，在具有正、負(fù)、正、正折射力的四組配置的光學(xué)系統(tǒng)中，通常提供第四透鏡組用于聚焦，并且尺寸大于具有更少的透鏡組(如三組配置等)的光學(xué)系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)更加充分的尺寸縮減已經(jīng)是一個(gè)問(wèn)題。因此，特別地，在其中當(dāng)不執(zhí)行成像時(shí)收回透鏡以便存儲(chǔ)的所謂可伸縮的成像單元中，減少透鏡的數(shù)目以便在收回時(shí)在光軸方向變薄是極其困難的。相應(yīng)地，強(qiáng)烈地期望開發(fā)一種不僅具有更高放大倍率以及更寬角度而且具有更小尺寸的成像單元。此外，在使用諸如CCD (電荷耦合器件)或CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)的固態(tài)成像器件的成像裝置中，期望使用在被攝體一側(cè)遠(yuǎn)心(telecentric)附近的成像單元以便
4實(shí)現(xiàn)均勻的圖像平面光照度。作為成像單元，其中最靠近圖像一側(cè)的透鏡組具有正折射力的成像單元是優(yōu)選的。相應(yīng)地，期望提供一種其中實(shí)現(xiàn)更高放大倍率、更寬角度、以及更小尺寸的成像單元和成像裝置。根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的成像單元，包括具有正折射力的第一透鏡組，具有負(fù)折射力的第二透鏡組，具有正折射力的第三透鏡組，以及對(duì)由從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的第一透鏡組至第三透鏡組形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像的固態(tài)成像器件，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大而第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，并且從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。因此，在成像單元中，在變焦時(shí)極大地有助于縮放效應(yīng)的第二透鏡組和第三透鏡組的縮放效應(yīng)變得更大。在成像單元中，期望在第二透鏡組和第三透鏡組之間提供孔徑光闌(aperture Stop)并且該孔徑光闌在變焦時(shí)與第三透鏡組整體地移動(dòng)。變焦時(shí)用于孔徑光闌的專用空間是不必要的。在成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(1)(1) 0. 45 < f3/ (fw · ft)1/2 < 0. 70其中f3:第三透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距如果成像單元滿足條件表達(dá)式(1)，則使得第三透鏡組的折射力合適。在成像單元中，期望在第三透鏡組中位于最靠近圖像一側(cè)的透鏡表面被形成為非球面表面。通過(guò)將第三透鏡組中位于最靠近圖像一側(cè)的透鏡表面形成為非球面表面，在所有變焦位置上成功地校正了慧形像差以及場(chǎng)曲率(field curvature)。在成像單元中，期望通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡來(lái)形成第二透鏡組。由于第二透鏡組通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡而形成，所以第二透鏡組的主點(diǎn)(principal point)位置容易地變得更靠近被攝體一側(cè)。在成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式O)(2) -0. 50 < f2/ (fw · ft)1/2 < _0· 30其中f2 第二透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距如果成像單元滿足條件表達(dá)式( ，則使得第二透鏡組的折射力合適。在成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(3)
(3) -2. 0 < fl2w/fw < -1. 5其中fl2w 第一透鏡組和第二透鏡組在廣角端時(shí)的組合焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距如果成像單元滿足條件表達(dá)式( ，則使得第一透鏡組和第二透鏡組的組合的折射力合適。在成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(4) 0. 8 < f23t/ft <3.5其中f23t 第二透鏡組和第三透鏡組在遠(yuǎn)攝端時(shí)的組合焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距如果成像單元滿足條件表達(dá)式(4)，則使得第二透鏡組和第三透鏡組的組合的折射力合適。在成像單元中，期望在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且執(zhí)行聚焦。通過(guò)在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且執(zhí)行聚焦，用于聚焦目的透鏡組變得不是必需的。在成像單元中，期望在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且固態(tài)成像器件在廣角端時(shí)的位置在無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦時(shí)最靠近圖像一側(cè)。由于固態(tài)成像器件在廣角端時(shí)的位置在無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦時(shí)最靠近圖像一側(cè)，所以可以在變焦時(shí)最大程度地確保在遠(yuǎn)攝端時(shí)比在廣角端時(shí)更長(zhǎng)的聚焦行程。在成像單元中，期望在變焦時(shí)將第二透鏡組固定在光軸方向上。由于在變焦時(shí)將第二透鏡組固定在光軸方向上，所以在變焦時(shí)不需要提供用于移動(dòng)第二透鏡組的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在成像單元中，期望地在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)，固態(tài)成像器件從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)。由于在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)，固態(tài)成像器件從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)，所以可以在變焦時(shí)最大程度地確保在遠(yuǎn)攝端時(shí)比在廣角端時(shí)更長(zhǎng)的聚焦行程。在成像單元中，期望在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且執(zhí)行聚焦，以及在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件，并且在聚焦和變焦時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件。由于在聚焦和變焦時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件， 所以可以通過(guò)相同的機(jī)構(gòu)控制變焦和聚焦的操作。在成像單元中，期望在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且執(zhí)行聚焦，在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件，以及在聚焦和變焦時(shí)，通過(guò)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件。由于在聚焦和變焦時(shí)，通過(guò)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件， 所以可以通過(guò)相同的機(jī)構(gòu)控制變焦和聚焦的操作。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的一種成像裝置，包括變焦透鏡，該變焦透鏡包括從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的、具有正折射力的第一透鏡組，具有負(fù)折射力的第二透鏡組，具有正折射力的第三透鏡組；固態(tài)成像器件，其對(duì)通過(guò)變焦透鏡形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像；具有利用其執(zhí)行操作的開關(guān)的輸入單元；以及至少控制變焦透鏡的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制單元，其中，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大而第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，以及從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。因此，在成像單元中，在變焦時(shí)極大地有助于縮放效應(yīng)的第二透鏡組和第三透鏡組的縮放效應(yīng)變得更大。依據(jù)根據(jù)具有以上描述的配置的本公開的實(shí)施例的成像單元和成像裝置，可以實(shí)現(xiàn)更高的放大倍率、更寬的角度、以及更小的尺寸。


圖1示出了本公開的第一實(shí)施例的成像單元的配置。圖2示出了關(guān)于本公開第一實(shí)施例的成像單元的廣角端和遠(yuǎn)攝端之間的變焦時(shí)透鏡組和固態(tài)成像器件的移動(dòng)。圖3與圖4和圖5 —起示出了其中將特定數(shù)值應(yīng)用于第一實(shí)施例的數(shù)值示例的像差圖，并且示出了在廣角端狀態(tài)下球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖4示出了在中間焦距狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖5示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖6示出了本公開的第二實(shí)施例的成像單元的配置。圖7示出了關(guān)于本公開的第二實(shí)施例的成像單元的、在廣角端和遠(yuǎn)攝端之間變焦時(shí)的透鏡組和固態(tài)成像器件的移動(dòng)。圖8與圖9和圖10 —起示出了其中將特定數(shù)值應(yīng)用于第二實(shí)施例的數(shù)值示例的像差圖，并且示出了在廣角端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖9示出了在中間焦距狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖10示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖11示出了本公開的第三實(shí)施例的成像單元的配置。圖12示出了關(guān)于本公開的第三實(shí)施例的成像單元的、在廣角端和遠(yuǎn)攝端之間變焦時(shí)透鏡組和固態(tài)成像器件的移動(dòng)。圖13與圖14和圖15 —起示出了其中將特定數(shù)值應(yīng)用于第三實(shí)施例的數(shù)值示例的像差圖，并且示出了廣角端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖14示出了在中間焦距狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖15示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖16示出了本公開的第四實(shí)施例的成像單元的配置。圖17示出了關(guān)于本公開的第四實(shí)施例的成像單元、在廣角端和遠(yuǎn)攝端之間變焦時(shí)透鏡組和固態(tài)成像器件的移動(dòng)。圖18與圖19和圖20 —起示出了其中將特定數(shù)值應(yīng)用于第四實(shí)施例的數(shù)值示例的像差圖，并且示出了在廣角端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖19示出了在中間焦距狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。
圖20示出了在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的球面像差、像散、畸變、以及橫向像差。圖21是示出了本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式如下，將闡述根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的實(shí)施成像單元和成像裝置的優(yōu)選實(shí)施例。[成像單元的配置]在根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列具有正折射力的第一透鏡組，具有負(fù)折射力的第二透鏡組，具有正折射力的第三透鏡組， 以及對(duì)由第一透鏡組至第三透鏡組形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像的固態(tài)成像器件。此外，在根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大并且第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，并且從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。根據(jù)以上描述的配置，在確保更寬角度的同時(shí)，可通過(guò)使得極大地有助于變焦時(shí)的縮放效應(yīng)的第二透鏡組和第三透鏡組的縮放效應(yīng)最大化來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的放大倍率，并且進(jìn)一步，可以通過(guò)縮短整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的整體長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)尺寸縮減。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在第二透鏡組和第三透鏡組之間提供孔徑光闌并且孔徑光闌在變焦時(shí)與第三透鏡組整體地移動(dòng)。根據(jù)孔徑光闌的配置，即使當(dāng)實(shí)現(xiàn)了更高的放大倍率時(shí)，在所有變焦位置上也可以確保充分的F數(shù)以及外圍亮度。進(jìn)一步，根據(jù)其中孔徑光闌與第三透鏡組整體地移動(dòng)的配置，在變焦時(shí)不必單獨(dú)地移動(dòng)孔徑光闌，并且因此，可以減少驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及簡(jiǎn)化并尺寸縮減成像單元。一般地，尤其在孔徑光闌具有用于光量等的調(diào)整的開啟與關(guān)閉機(jī)構(gòu)的情況下，孔徑具有光圈葉片(diaphragm blade)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，快門等等，并且因?yàn)橛糜谝苿?dòng)的空間變得難以確保以及透鏡筒的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，獨(dú)立的移動(dòng)不是優(yōu)選的。因此，根據(jù)以上描述的其中孔徑光闌與第三透鏡組整體移動(dòng)的配置，可以使提供成像單元的透鏡筒縮減尺寸。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(1)。(1) 0. 45 < f3/ (fw · ft)1/2 < 0. 70其中f3 第三透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端的焦距條件表達(dá)式(1)是定義第三透鏡組折射力的表達(dá)式。第三透鏡組是極大地有助于變焦時(shí)的縮放的透鏡組，并且重要的是適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第三透鏡組的折射力以用于尺寸縮減以及更高放大倍率。如果該值變得過(guò)大于條件表達(dá)式(1)的上限，則第三透鏡組的折射力變得過(guò)小， 變得必須延伸整個(gè)長(zhǎng)度用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的更高放大倍率，并且可能不能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸縮減。相反，如果該值變得過(guò)小于表達(dá)式(1)的下限，則第三透鏡組的折射力變得過(guò)大并且變得難以校正第三透鏡組中生成的像差，并且，尤其像差波動(dòng)在變焦時(shí)變得過(guò)大并且圖像質(zhì)量惡化。因此，如果成像單元滿足條件表達(dá)式(1)，則使得第三透鏡組的折射力合適，并且可以實(shí)現(xiàn)更高放大倍率以及尺寸縮減并且可以改善圖像質(zhì)量。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在第三透鏡組中的位于最靠近圖像一側(cè)的透鏡表面形成為非球面的表面。通過(guò)將第三透鏡組中位于最靠近圖像一側(cè)的透鏡表面形成為非球面的表面，可以在所有變焦位置上成功地校正慧形像差以及場(chǎng)曲率，并且可以改善圖像質(zhì)量。尤其地，在使得固態(tài)成像器件可移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦的情況下，可為針對(duì)所有被攝體距離成功地校正慧形像差以及場(chǎng)曲率并且可以獲得良好的圖像質(zhì)量。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡來(lái)形成第二透鏡組。第二透鏡組是如同第三透鏡組的、極大地有助于變焦時(shí)的縮放的透鏡組，并且重要的是適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第二透鏡組的折射力用于尺寸縮減以及更高放大倍率。此外，第二透鏡組是用于光學(xué)系統(tǒng)的更寬角度以及光學(xué)系統(tǒng)的透鏡直徑的尺寸縮減最重要的透鏡組，并且第二透鏡組的透鏡配置和折射力的適當(dāng)設(shè)置對(duì)于尺寸縮減、更高放大倍率、更寬角度、以及更高圖像質(zhì)量所有這些是重要的。根據(jù)其中由從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡形成的第二透鏡組的配置，主點(diǎn)位置變得更容易靠近被攝體一側(cè)，并且在廣角端的入射光瞳位置變得更容易在被攝體一側(cè)定位。因此，例如，即使當(dāng)實(shí)現(xiàn)了使得視角(廣角端的一半視角)超過(guò)38°的更寬角度時(shí)，也可以使第一透鏡組的直徑變小，并且相應(yīng)地，該配置有助于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡直徑的尺寸縮減。以這種方式，通過(guò)由從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡來(lái)形成第二透鏡組，可以實(shí)現(xiàn)更寬角度以及尺寸縮減。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(2)。(2) -0. 50 < f2/ (fw · ft)1/2 < _0· 30其中f2 第二透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端的焦距條件表達(dá)式( 是定義第二透鏡組的折射力的表達(dá)式。如果該值變得過(guò)小于條件表達(dá)式O)的下限，則第二透鏡組的折射力變得過(guò)小， 變得必須增加第一透鏡組位于最靠近被攝體一側(cè)的透鏡的直徑以及整體長(zhǎng)度，并且可能不能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸縮減。相反，如果該值變得過(guò)大于條件表達(dá)式O)的上限，則第二透鏡組的折射力變得過(guò)大，并且變得難以適當(dāng)?shù)匦Ｕ龔V角端的離軸像差以及遠(yuǎn)攝端的軸向像差變得困難，并且圖像質(zhì)量惡化。因此，如果成像單元滿足條件表達(dá)式( ，則使得第二透鏡組的折射力合適，并且可以實(shí)現(xiàn)尺寸縮減以及更高的圖像質(zhì)量。注意到，在成像單元中，最優(yōu)選地是在第二透鏡組中位于被攝體一側(cè)的第一負(fù)透
9鏡形成為非球面透鏡。通過(guò)將第一負(fù)透鏡形成為非球面透鏡，尤其可以將廣角端的離軸像差的生成抑制到極限，并且可以進(jìn)一步改善圖像質(zhì)量。此外，也期望第二透鏡組中位于最靠近圖像一側(cè)的正透鏡形成為非球面透鏡。通過(guò)將正透鏡形成為非球面透鏡，可以更加高效地執(zhí)行廣角端的離軸像差以及遠(yuǎn)攝端的軸向像差的校正。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(3)。(3) -2. 0 < fl2w/fw < —1. 5其中fl2w 第一透鏡組和第二透鏡組在廣角端的組合焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端的焦距條件表達(dá)式C3)是定義第一透鏡組和第二透鏡組在廣角端的組合折射力的表達(dá)式。如上文所述，例如，當(dāng)實(shí)現(xiàn)使得視角(在廣角端的一半視角)超過(guò)38°的更寬角度時(shí)，第一透鏡組的透鏡直徑的減少極大地有助于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡直徑的尺寸縮減。具體地，第一透鏡組和第二透鏡組在廣角端的組合折射力極大地有助于光學(xué)系統(tǒng)的徑向方向上的尺寸縮減。因此，如果該值變得過(guò)小于條件表達(dá)式(3)的下限，則第一透鏡組和第二透鏡組的組合折射力變得過(guò)小，并且當(dāng)實(shí)現(xiàn)更寬的角度時(shí)，第一透鏡組中位于最靠近被攝體一側(cè)的透鏡的直徑變得更大。相反，如果該值變得過(guò)大于條件表達(dá)式(3)的上限，則第一透鏡組和第二透鏡組的組合折射力變得過(guò)大，并且，尤其在廣角端的離軸像差變得更大。相應(yīng)地，圖像質(zhì)量惡化或者第一透鏡組的折射力變得過(guò)小，并且，當(dāng)實(shí)現(xiàn)更高的放大倍率時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的總長(zhǎng)度變得更長(zhǎng)并且在遠(yuǎn)攝端的F數(shù)變得太暗，并且可能阻礙尺寸縮減并且可能不能實(shí)現(xiàn)更高的圖
像質(zhì)量。因此，如果成像單元滿足條件表達(dá)式(3)，則在確保更高放大倍率的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)尺寸縮減并且可以實(shí)現(xiàn)更高的圖像質(zhì)量。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望滿足以下條件表達(dá)式(4)。(4) 0. 8 < f23t/ft <3.5其中f23t 第二透鏡組和第三透鏡組在遠(yuǎn)攝端的組合焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端的焦距條件表達(dá)式(4)是定義第二透鏡組和第三透鏡組在遠(yuǎn)攝端的組合折射力的表達(dá)式。如果該值變得過(guò)大于條件表達(dá)式的上限，則第二透鏡組和第三透鏡組的組合折射力變得過(guò)小，并且光學(xué)系統(tǒng)的總長(zhǎng)度變得更長(zhǎng)并且尺寸縮減變得難以實(shí)現(xiàn)。相反，如果該值變得過(guò)小于條件表達(dá)式的下限，則第二透鏡組和第三透鏡組的組合折射力變得過(guò)大，并且尤其在遠(yuǎn)攝端的軸向像差和放大倍率的色差變得更大，并且圖像質(zhì)量惡化。因此，如果圖像單元滿足條件表達(dá)式G)，則可以實(shí)現(xiàn)尺寸縮減和更高的圖像質(zhì)量。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦。通過(guò)將固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦，用于聚焦的透鏡組可以減少并且可以將聚焦靈敏度設(shè)置為到1.0，并且因此，可以使聚焦行程比通過(guò)透鏡組執(zhí)行聚焦的情況下更短。具體地，例如在通過(guò)具有正、負(fù)、正、正的四個(gè)透鏡組的四組配置類型的第四透鏡組執(zhí)行聚焦的情況下，聚焦靈敏度通常變成大約0. 3到0. 7。因此，通過(guò)使用固態(tài)成像器件來(lái)聚焦，用于聚焦所需要的空間可以從透鏡筒的內(nèi)部減少30%到70%，并且根據(jù)需要可以將確保的空間分配用于確保變焦的行程。以這種方式，通過(guò)在光軸方向上移動(dòng)固態(tài)成像器件并且執(zhí)行聚焦，可以實(shí)現(xiàn)尺寸縮減并且可以實(shí)現(xiàn)更高的放大倍率。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在變焦時(shí)固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且在無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦時(shí)固態(tài)成像器件在廣角端的位置最靠近圖像一側(cè)。一般地，光學(xué)系統(tǒng)中的圖像放大倍率向遠(yuǎn)攝端比在廣角端變得更高，并且用于從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦向近距離被攝體聚焦的聚焦的聚焦行程向遠(yuǎn)攝端一側(cè)通常比在廣角端變得更長(zhǎng)。相應(yīng)地，如上文所述，根據(jù)其中在無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦時(shí)的變焦、固態(tài)成像器件在廣角端的位置最靠近圖像一側(cè)的配置，可以最大程度地確保在變焦時(shí)在遠(yuǎn)攝端一側(cè)比在廣角端更長(zhǎng)的聚焦行程。結(jié)果，可以使透鏡筒中需要的聚焦行程更短。因此，可以在成像單元中實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸縮減。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在變焦時(shí)將第二透鏡組在光軸方向上固定。由于在變焦時(shí)第二透鏡組被固定在光軸方向上，所以不需要提供用于在變焦時(shí)移動(dòng)第二透鏡組的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不需要確保在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的凸輪件等中的第二透鏡組的移動(dòng)行程。因此，可以極大地簡(jiǎn)化并尺寸縮減透鏡筒的結(jié)構(gòu)，并且可以實(shí)現(xiàn)成像單元的尺寸縮減。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望地在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)，固態(tài)成像器件從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)。如上文所述，一般地，光學(xué)系統(tǒng)中的圖像放大倍率向遠(yuǎn)攝端一側(cè)比在廣角端變得更高，并且用于從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦向近距離被攝體聚焦的聚焦的聚焦行程向遠(yuǎn)攝端一側(cè)通常比在廣角端變得更長(zhǎng)。相應(yīng)地，如上文所述，根據(jù)其中在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)固態(tài)成像器件從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)的配置，可以最大程度地確保在變焦時(shí)在遠(yuǎn)攝端一側(cè)比在廣角端更長(zhǎng)的聚焦行程，并且可以使得透鏡筒中需要的聚焦行程更短。因此，可以在成像單元中實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸縮減。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在聚焦和變焦時(shí)，固態(tài)成像器件通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)。根據(jù)其中固態(tài)成像器件通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)的配置，可以使用同一機(jī)構(gòu)控制變焦和聚焦二者的復(fù)雜的移動(dòng)。因此，可以簡(jiǎn)化并尺寸縮減透鏡筒的結(jié)構(gòu)，并且因?yàn)轵?qū)動(dòng)精度比通過(guò)旋轉(zhuǎn)凸輪件的控制方法中的驅(qū)動(dòng)精度更高，所以可以改善移動(dòng)的可靠性。在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的成像單元中，期望在聚焦和變焦時(shí)，固態(tài)成像器件通過(guò)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)。根據(jù)其中固態(tài)成像器件通過(guò)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)的配置，可以使用同一機(jī)構(gòu)控制變焦和聚焦二者的復(fù)雜移動(dòng)。因此，可以簡(jiǎn)化并尺寸縮減透鏡筒的結(jié)構(gòu)，并且因?yàn)轵?qū)動(dòng)精度比通過(guò)旋轉(zhuǎn)凸輪件的控制方法中的驅(qū)動(dòng)精度更高，所以可以改善移動(dòng)的可靠性。注意，在根據(jù)本公開的實(shí)施例的成像單元中，在變焦和聚焦時(shí)固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)，并且固態(tài)成像器件可以與在固態(tài)成像器件附近提供的紅外削減濾波器 (infrared cut filter)或光學(xué)低通濾波器、密封固態(tài)成像器件的覆蓋玻璃(cover glass) 等等整體地移動(dòng)。一般地，固態(tài)成像器件通常采用預(yù)先由覆蓋玻璃等密封的形式或向其整體地提供作為封裝(package)的紅外削減濾波器或光學(xué)低通濾波器。因此，即使在固態(tài)成像器件與紅外削減濾波器、光學(xué)低通濾波器、覆蓋玻璃等等整體移動(dòng)的情況下，也不喪失以上描述的其中在聚焦和變焦時(shí)移動(dòng)固態(tài)成像器件的配置的優(yōu)點(diǎn)。[成像單元的數(shù)值示例]如下文，將參照附圖和表格來(lái)闡述本公開的成像單元的具體實(shí)施例以及將特定數(shù)值應(yīng)用于實(shí)施例的數(shù)值示例。注意在以下各自表格和闡述等中所示的符號(hào)的意義如下?！癝i”指從被攝體一側(cè)到圖像一側(cè)計(jì)數(shù)的第i個(gè)表面，“ri”指第i個(gè)表面的曲率半徑，“di”指在第i個(gè)表面和第(i+Ι)個(gè)表面之間的軸向表面距離(透鏡中心厚度或空氣距離)，“ni”指從第i個(gè)表面開始的透鏡等在d線(λ = 587. 6nm)上的折射指數(shù)，以及“vi ” 指從第i個(gè)表面開始的透鏡等在d線上的阿貝數(shù)(Abbe number)。關(guān)于“表面數(shù)”，“ASP”指示表面是非球面的表面，關(guān)于“曲率半徑”，“無(wú)限 (INFINITY) ”指示表面是平面的表面，并且，關(guān)于“表面距離”，“ (di) ”指示可變距離?！癒”指二次曲線常數(shù)(conic constant)，并且“A”、“B”、“C”、“D”分別指 4、6、8、10 階的非球面系數(shù)?！癴”指整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，“FN0”指F數(shù)(開(Open)F數(shù))，并且“ ω”指視角的
一半(單位° )。注意，在以下示出非球面系數(shù)的各自表格中，“Ε-η”是對(duì)基數(shù)10的指數(shù)表示，即， “10_η”，并且例如，“0. 12345Ε-05” 表示 “0. 12345 X 1(Γ5，，。在各自實(shí)施例使用的變焦透鏡的一些中，透鏡表面被形成為非球面表面。給定在光軸方向上距透鏡表面的頂點(diǎn)的距離為“X”，在與光軸方向正交的方向上的高度為“y”，并且在透鏡頂點(diǎn)的近軸曲率為“C”的情況下，通過(guò)以下公式定義非球面形狀。
Cy 2χ=-n n +Ay4+By6+···
1 + {1-(1+K) C2Y2J172〈第一實(shí)施例〉
12
圖1示出了本公開第一實(shí)施例中的成像單元1的透鏡配置。成像單元1包括具有正折射力的第一透鏡組GR1，具有負(fù)折射力的第二透鏡組 GR2，具有正折射力的第三透鏡組GR3，以及對(duì)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的第一透鏡組GRl至第三透鏡組GR3組的光學(xué)圖像進(jìn)行成像的固態(tài)成像器件IMG。在成像單元1中，如圖2所示，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組GRl向被攝體一側(cè)移動(dòng)以便增加到第二透鏡組GR2的距離并且第三透鏡組GR3向被攝體一側(cè)移動(dòng)以便減少到第二透鏡組GR2的距離。在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)第二透鏡組GR2在光軸方向上固定。在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，固態(tài)成像器件IMG在光軸方向上移動(dòng)，而在廣角端時(shí)固態(tài)成像器件IMG位于最靠近圖像一側(cè)的位置P。此外，在成像單元1中，從第二透鏡組GR2到固態(tài)成像器件IMG的距離L在廣角端時(shí)被設(shè)置為在所有變焦位置中最長(zhǎng)的。此外，在成像單元1中，固態(tài)成像器件IMG在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦，并且在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)，固態(tài)成像器件IMG從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)。在成像單元1中，縮放比例為9. 41x。第一透鏡組GRl包括從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的通過(guò)粘合具有指向被攝體一側(cè)的凸表面的彎月形狀的負(fù)透鏡Lll和具有指向被攝體一側(cè)的凸表面的彎月形狀的第一正透鏡L12所形成的粘合透鏡，以及具有指向被攝體一側(cè)的凸表面的彎月形狀的第二正透鏡L13。第二透鏡組GR2包括從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的具有指向圖像一側(cè)的凹表面的彎月形狀的第一負(fù)透鏡L21，以及通過(guò)粘合具有指向被攝體一側(cè)的凹表面的彎月形狀的第二負(fù)透鏡L22和具有指向被攝體一側(cè)的凸表面的彎月形狀的正透鏡L23所形成的粘合透鏡。第三透鏡組GR3包括通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的通過(guò)粘合具有指向被攝體一側(cè)的凸表面的彎月形狀的第一正透鏡L31和具有指向被攝體一側(cè)的凹表面的彎月形狀的第一負(fù)透鏡L32所形成的粘合透鏡，具有雙凸形狀的第二正透鏡L33，以及具有指向被攝體一側(cè)的凹表面的第二負(fù)透鏡L34。在第三透鏡組GR3和圖像表面IMG之間提供覆蓋玻璃CG。在第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3之間提供孔徑光闌ST0，其在第三透鏡組GR3 的第一正透鏡L31的附近提供，并且在光軸方向與第三透鏡組GR3整體地移動(dòng)。表1示出了其中將特定數(shù)值應(yīng)用于第一實(shí)施例中的成像單元1的數(shù)值示例1的透鏡數(shù)據(jù)。表 權(quán)利要求
1.一種成像單元，包括 具有正折射力的第一透鏡組； 具有負(fù)折射力的第二透鏡組； 具有正折射力的第三透鏡組；以及對(duì)通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的第一透鏡組至第三透鏡組形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像的固態(tài)成像器件，其中，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大，而第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，以及從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。
2.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中在第二透鏡組和第三透鏡組之間提供孔徑光闌，并且該孔徑光闌在變焦時(shí)與第三透鏡組整體地移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中滿足以下條件表達(dá)式(1)(1)0.45 < f3/(fw · ft)1/2 < 0. 70 其中f3 第三透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距。
4.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，在第三透鏡組中位于最靠近圖像一側(cè)的透鏡表面被形成為非球面表面。
5.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，第二透鏡組通過(guò)從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、以及正透鏡而形成。
6.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中滿足以下條件表達(dá)式(2)(2)-0. 50 < f2/ (fw · ft)1/2 < -0· 30 其中f2 第二透鏡組的焦距fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距。
7.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中滿足以下條件表達(dá)式(3)(3)-2.0 < fl2w/fw < -1. 5 其中fl2w 第一透鏡組和第二透鏡組在廣角端時(shí)的組合焦距 fw 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在廣角端時(shí)的焦距。
8.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中滿足以下條件表達(dá)式(4)(4)0.8 < f23t/ft < 3. 5 其中f23t 第二透鏡組和第三透鏡組在遠(yuǎn)攝端時(shí)的組合焦距 ft 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端時(shí)的焦距。
9.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦。
10.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，固態(tài)成像器件在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)，并且固態(tài)成像器件在廣角端時(shí)的位置在無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦時(shí)最靠近圖像一側(cè)。
11.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，第二透鏡組在變焦時(shí)被固定在光軸方向上。
12.如權(quán)利要求9所述的成像單元，其中，在從無(wú)限遠(yuǎn)被攝體聚焦到近距離被攝體聚焦的聚焦時(shí)，固態(tài)成像器件從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦，固態(tài)成像器件在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)，并且在聚焦和變焦時(shí)，固態(tài)成像器件通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)。
14.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其中，固態(tài)成像器件在光軸方向上移動(dòng)并且執(zhí)行聚焦，固態(tài)成像器件在變焦時(shí)在光軸方向上移動(dòng)，并且在聚焦和變焦時(shí)，固態(tài)成像器件通過(guò)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力在光軸方向上移動(dòng)。
15.一種成像裝置，包括變焦透鏡，包括從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的具有正折射力的第一透鏡組， 具有負(fù)折射力的第二透鏡組，具有正折射力的第三透鏡組； 固態(tài)成像器件，對(duì)通過(guò)變焦透鏡形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像； 輸入單元，具有用以執(zhí)行操作的開關(guān)，以及驅(qū)動(dòng)控制單元，至少控制變焦透鏡的驅(qū)動(dòng)，其中，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大而第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，并且從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。
全文摘要
一種成像單元和成像裝置。該成像單元包括具有正折射力的第一透鏡組；具有負(fù)折射力的第二透鏡組；具有正折射力的第三透鏡組；以及對(duì)由從被攝體一側(cè)向圖像一側(cè)順序地排列的第一透鏡組至第三透鏡組形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像的固態(tài)成像器件，其中，在從廣角端到遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離變大而第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離變小，并且從第二透鏡組到固態(tài)成像器件的距離在廣角端時(shí)是所有變焦位置中最長(zhǎng)的。
文檔編號(hào)G02B15/173GK102375223SQ20111022676
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者山野裕貴 申請(qǐng)人:索尼公司