變焦透鏡和包括所述變焦透鏡的圖像拾取裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及變焦透鏡和包括所述變焦透鏡的圖像拾取裝置。所述變焦透鏡從物側(cè)依次包含：正的第一透鏡單元；負的第二透鏡單元；和正的第三透鏡單元，其中：在從廣角端到望遠端的變焦期間，第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔增大，并且第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔減??；第二透鏡單元是圖像穩(wěn)定化透鏡單元，所述圖像穩(wěn)定化透鏡單元在具有與光軸垂直的方向上的運動分量的狀態(tài)下移動，由此成像位置在與光軸垂直的運動方向上移動；并且，整個系統(tǒng)在廣角端的焦距、第一透鏡單元的焦距、以及在從廣角端到望遠端的變焦期間第一透鏡單元的移動量各被適當?shù)卦O定。
【專利說明】變焦透鏡和包括所述變焦透鏡的圖像拾取裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及變焦透鏡和包括所述變焦透鏡的圖像拾取裝置，其特別適合于諸如視頻照相機、電子靜態(tài)照相機、廣播照相機或監(jiān)視照相機的使用固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在攝影時，抖動導致拾取圖像中的模糊。具有用于減少拾取圖像的模糊的圖像穩(wěn)定化功能的各種成像光學系統(tǒng)被提出。
[0003]一般地，用于通過振動成像光學系統(tǒng)的透鏡單元的一部分來減少拾取圖像的模糊的機構(gòu)被要求具有拾取圖像的模糊的大校正量且具有為了校正拾取圖像的模糊而要振動的透鏡單元(圖像穩(wěn)定化透鏡單元)的小移動量。并且，整個成像光學系統(tǒng)被要求尺寸小。另外，當圖像穩(wěn)定化透鏡單兀偏心時，如果廣生諸如偏心彗差、偏心像散、偏心色差和偏心場曲的許多偏心像差，那么圖像被模糊。
[0004]例如，當產(chǎn)生許多偏心畸變時，拾取圖像的移動量在光軸上與畫面周邊部分中之間變得不同。出于這個原因，當為了校正光軸上的拾取圖像的模糊使圖像穩(wěn)定化透鏡單元偏心時，在畫面周邊部分中出現(xiàn)與拾取圖像的模糊相同的現(xiàn)象，這導致光學特性的明顯劣化。
[0005]如上所述，要求圖像穩(wěn)定化透鏡單元偏心時圖像質(zhì)量的劣化小。另外，為了使整個裝置尺寸減小，要求圖像穩(wěn)定化透鏡單元的偏心靈敏度(圖像模糊的校正量ΛΧ與單位移動量ΛΗ之比ΛΧ/ΛΗ)大。并且，要求圖像穩(wěn)定化透鏡單元自身具有小尺寸和輕重量。
[0006]到目前為止，已知存在望遠(telephoto)型變焦透鏡，在望遠型變焦透鏡中，一些透鏡單元作為圖像穩(wěn)定化透鏡單元被移動以具有與光軸垂直的方向上的分量，使得成像位置在與光軸垂直的方向上移動，以用于圖像穩(wěn)定化。
[0007]美國專利N0.7，471，462公開了在三單元變焦透鏡中和在四單元變焦透鏡中通過第二透鏡單元執(zhí)行圖像穩(wěn)定化，所述三單元變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含分別具有正折光力、負折光力和正折光力的第一透鏡單元到第三透鏡單元，所述四單元變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含分別具有正折光力、負折光力、正折光力和正折光力的第一透鏡單元到第四透鏡單元。日本專利申請公開N0.2000-047107公開了在六單元變焦透鏡中通過第二透鏡單元執(zhí)行圖像穩(wěn)定化，所述六單元變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含分別具有正折光力、負折光力、正折光力、負折光力、正折光力和負折光力的第一透鏡單元到第六透鏡單元。除此之外，已知存在利用內(nèi)焦點(inner focus)型的具有高變焦比的望遠型變焦透鏡。
[0008]美國專利N0.8，049, 968公開了從物側(cè)到像側(cè)依次包含分別具有正折光力、負折光力、正折光力、正折光力和負折光力的第一透鏡單元到第五透鏡單元的變焦透鏡，其中，透鏡單元在變焦期間移動，并且第五透鏡單元用于聚焦。美國專利N0.8，537，471公開了從物側(cè)到像側(cè)依次包含分別具有正折光力、負折光力、正折光力、正折光力、負折光力和正折光力的第一透鏡單元到第六透鏡單元的變焦透鏡，其中，第一、第三、第四和第五透鏡單元在變焦期間移動，并且通過作為第五透鏡單元的一部分的小尺寸且輕重量的透鏡單元執(zhí)行聚焦。另外，美國專利N0.8，537，471公開了通過第五透鏡單元的一部分執(zhí)行圖像穩(wěn)定化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含:具有正折光力的第一透鏡單元；具有負折光力的第二透鏡單元；和具有正折光力的第三透鏡單元，其中:第一透鏡單元、第二透鏡單元和第三透鏡單元被配置為使得，在從變焦透鏡的廣角端到望遠端的變焦期間，第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔增大，并且第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔減??；第二透鏡單元是圖像穩(wěn)定化透鏡單元，該圖像穩(wěn)定化透鏡單元被配置為在具有與光軸垂直的方向上的運動分量的狀態(tài)下移動，由此成像位置在與光軸垂直的運動方向上移動；并且，滿足以下的條件表達式:
[0010]0.85 < I ALl l/fw < 1.10，以及
[0011]2.10 < fl/fw < 2.80,
[0012]這里，fV代表整個系統(tǒng)在廣角端的焦距，Π代表第一透鏡單元的焦距，以及ALl代表在從變焦透鏡的廣角端到望遠端的變焦期間第一透鏡單元的移動量。
[0013]從參照附圖對實施例的以下描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的廣角端的透鏡截面圖。
[0015]圖2A是根據(jù)本發(fā)明實施例1的廣角端的像差圖。
[0016]圖2B是根據(jù)本發(fā)明實施例1的望遠端的像差圖。
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例2的廣角端的透鏡截面圖。
[0018]圖4A是根據(jù)本發(fā)明實施例2的廣角端的像差圖。
[0019]圖4B是根據(jù)本發(fā)明實施例2的望遠端的像差圖。
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例3的廣角端的透鏡截面圖。
[0021]圖6A是根據(jù)本發(fā)明實施例3的廣角端的像差圖。
[0022]圖6B是根據(jù)本發(fā)明實施例3的望遠端的像差圖。
[0023]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例4的廣角端的透鏡截面圖。
[0024]圖8A是根據(jù)本發(fā)明實施例4的廣角端的像差圖。
[0025]圖SB是根據(jù)本發(fā)明實施例4的望遠端的像差圖。
[0026]圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例5的廣角端的透鏡截面圖。
[0027]圖1OA是根據(jù)本發(fā)明實施例5的廣角端的像差圖。
[0028]圖1OB是根據(jù)本發(fā)明實施例5的望遠端的像差圖。
[0029]圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例6的廣角端的透鏡截面圖。
[0030]圖12A是根據(jù)本發(fā)明實施例6的廣角端的像差圖。
[0031]圖12B是根據(jù)本發(fā)明實施例6的望遠端的像差圖。
[0032]圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例7的廣角端的透鏡截面圖。
[0033]圖14A是根據(jù)本發(fā)明實施例7的廣角端的像差圖。
[0034]圖14B是根據(jù)本發(fā)明實施例7的望遠端的像差圖。[0035]圖15是示出本發(fā)明中的偏心像差校正的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0036]圖16A是示出本發(fā)明中的偏心像差校正的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037]圖16B是示出本發(fā)明中的偏心像差校正的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0038]圖17是將本發(fā)明的變焦透鏡應用于數(shù)字照相機時的主要部分的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]現(xiàn)在，參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元、具有負折光力的第二透鏡單元和具有正折光力的第三透鏡單元。在從廣角端到望遠端的變焦期間，第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔增大，而第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔減小。第二透鏡單元的全部或一部分是圖像穩(wěn)定化透鏡單元，其移動以具有與光軸垂直的方向上的分量，從而在與光軸垂直的方向上移動成像位置。
[0040]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的變焦透鏡在廣角端(短焦距端)的透鏡截面圖。圖2A和圖2B是根據(jù)實施例1的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端(長焦距端)的像差圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例2的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖4A和圖4B是根據(jù)實施例2的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例3的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖6A和圖6B是根據(jù)實施例3的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。
[0041]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例4的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖8A和圖8B是根據(jù)實施例4的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例5的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖1OA和圖1OB是根據(jù)實施例5的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。
[0042]圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例6的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖12A和圖12B是根據(jù)實施例6的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例7的變焦透鏡在廣角端的透鏡截面圖。圖14A和圖14B是根據(jù)實施例7的變焦透鏡分別在廣角端和在望遠端的像差圖。圖17是配備有本發(fā)明的變焦透鏡的照相機(圖像拾取裝置)的主要部分的示意圖。各實施例的變焦透鏡是用于諸如視頻照相機、數(shù)字照相機和鹵化銀膠片照相機的圖像拾取裝置的成像透鏡系統(tǒng)。
[0043]透鏡截面圖的左側(cè)是被攝體側(cè)即物側(cè)(前側(cè))，而右側(cè)是像側(cè)(后側(cè))。透鏡截面圖示出具有正折光力的第一透鏡單元L1、具有負折光力的第二透鏡單元L2、具有正折光力的第三透鏡單元L3、具有正折光力的第四透鏡單元L4、具有負折光力的第五透鏡單元L5和具有正折光力的第六透鏡單元L6。并且，透鏡截面圖示出孔徑光闌S。
[0044]作為像面I，當成像透鏡系統(tǒng)被用作視頻照相機或數(shù)字靜態(tài)照相機的成像光學系統(tǒng)時，與固態(tài)圖像拾取元件(光電變換器元件)的成像面對應的感光表面被設置，而在鹵化銀膠片照相機的情況下，與膠片面對應的感光表面被設置。對于實施例，固態(tài)圖像拾取元件是電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器。在球差圖中，示出d線(587.56nm的波長)、g線(435.8nm的波長)和F線(486.1nm的波長)。在像散圖中，M和S分別代表子午像面和弧矢像面?；冇蒬線表達。橫向色差由g線表達。
[0045]符號ω代表半場角(成像場角的半值)，而Fno代表F數(shù)。并且，在以下描述的各實施例中，廣角端和望遠端指的是變倍透鏡單元位于機械可移動范圍的沿光軸的各端時的變焦位置。在各實施例中，箭頭指示在從廣角端到望遠端的變焦期間或在聚焦期間的移動軌跡。
[0046]本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元L1、具有負折光力的第二透鏡單元L2、具有正折光力的第三透鏡單元L3、具有正折光力的第四透鏡單元L4和具有負折光力的第五透鏡單元L5。實施例1至3和實施例5至7在第五透鏡單元L5的像側(cè)包含具有正折光力的第六透鏡單元L6。
[0047]在實施例1和2中，第二透鏡單元L2和第六透鏡單元L6在變焦期間不移動，而第一透鏡單元LI以及第三透鏡單元L3至第五透鏡單元L5在變焦期間移動。在實施例3和實施例5至7中，第二透鏡單元L2在變焦期間不移動，而第一透鏡單元LI以及第三透鏡單元L3至第六透鏡單元L6在變焦期間移動。在實施例4中，第二透鏡單元L2在變焦期間不移動，而第一透鏡單元LI以及第三透鏡單元L3至第五透鏡單元L5在變焦期間移動。
[0048]在從無限遠物體到近距離物體的聚焦時，第五透鏡單元L5向像側(cè)移動。在實施例1至6中，第二透鏡單元L2是圖像穩(wěn)定化透鏡單元，其移動以具有與光軸垂直的方向上的分量，從而在與光軸垂直的方向上改變整個系統(tǒng)的成像位置。
[0049]在實施例7中，第二透鏡單元L2包含第一子透鏡單元L21和第二子透鏡單元L22。第一子透鏡單元L21是圖像穩(wěn)定化透鏡單元，其移動以具有與光軸垂直的方向上的分量，從而在與光軸垂直的方向上改變整個系統(tǒng)的成像位置。圖像穩(wěn)定化透鏡單元包含正透鏡和負透鏡，并且總體包含三個或更少的透鏡。
[0050]接下來，描述根 據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡中的圖像穩(wěn)定化功能的光學特性。一般地，當光學系統(tǒng)的一部分是可移動的透鏡單元并且從光軸平移偏心以校正圖像模糊時，產(chǎn)生偏心像差使得成像性能被劣化。
[0051]因此，接下來，基于Matsui 在 “The 23rd meeting of the Japan Society ofApplied Physics (1962)”中提出的方法，從像差理論的觀點，描述在與光軸垂直的方向上移動具有任意的折光力布置的光學系統(tǒng)中的可移動透鏡單元以校正圖像模糊時的偏心像
差的產(chǎn)生。
[0052]圖15、圖16A和圖16B是光學系統(tǒng)中的一部分的透鏡單元p被平移偏心時的折光力布置的解釋圖。如式(a)所示，光學系統(tǒng)中的所述一部分的透鏡單元P被平移偏心距離E時的整個系統(tǒng)的像差量Λ Yl是偏心之前的像差量Λ Y與通過偏心產(chǎn)生的偏心像差量Λ Y(E)之和。
[0053]這里，通過使用球差(I)、彗差(II)、像散(III)、佩茨瓦爾和(Petzval sum) (P)和畸變(V)來表達像差量ΛΥ。另外，如式(C)所示，通過使用一次偏心彗差(HE)、一次偏心像散(IIIE)、一次偏心場曲(PE)、一次偏心畸變(VEl)、一次偏心附加畸變(VE2)和一次原點偏移(Δ E)來表達偏心像差Δ Y (E)0另外，在透鏡單兀P被平移偏心的光學系統(tǒng)中，式(d)至⑴中的像差(ΛΕ)至(VE2)被如下表達。
[0054]透鏡單元P的球差(I)、彗差(II)、像散(III)、佩茨瓦爾和(P)和畸變(V)的像差系數(shù)分別為IpUIpUIIpPi^P Vp。并且，以相同的方式，當將設置在透鏡單元P的像面?zhèn)鹊耐哥R單元總體視為單個的第q個透鏡單元時，像差系數(shù)分別為I,、IlplIIpPt^PVf這里，光束到透鏡單元P的入射角為αρ和aap。
【權(quán)利要求】
1.一種變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包含: 具有正折光力的第一透鏡單元； 具有負折光力的第二透鏡單元；以及 具有正折光力的第三透鏡單元， 其中，第一透鏡單元、第二透鏡單元和第三透鏡單元被配置為使得:在從變焦透鏡的廣角端到望遠端的變焦期間，第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔增大，并且第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔減小； 第二透鏡單元包含圖像穩(wěn)定化透鏡單元，所述圖像穩(wěn)定化透鏡單元被配置為在具有與光軸垂直的方向上的運動分量的狀態(tài)下移動，由此成像位置在與光軸垂直的運動方向上移動；以及 滿足以下的條件表達式:
0.85 < I ALl I/fw < 1.10，以及
2.10 < fl/fw < 2.80, 這里，fw代表整個系統(tǒng)在廣角端的焦距，Π代表第一透鏡單元的焦距，以及ALl代表在從變焦透鏡的廣角端到望遠端的變焦期間第一透鏡單元的移動量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件表達式:
0.28 < fvi/fw < 0.60， 這里，fvi代表圖像穩(wěn)定化透鏡單元的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，圖像穩(wěn)定化透鏡單元包含三個或更少的透鏡，所述三個或更少的透鏡包含正透鏡和負透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，圖像穩(wěn)定化透鏡單元包含至少一個正透鏡，并且滿足以下的條件表達式 : vd < 24，以及
0.015 < Θ gF-0.6438+0.001682 Xvd < 0.100， 這里，vd和0gF分別代表所述至少一個正透鏡的材料的阿貝常數(shù)和部分色散比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，第二透鏡單元被配置為在變焦透鏡的變焦期間不移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包含: 具有正折光力的第一透鏡單元； 具有負折光力的第二透鏡單元； 具有正折光力的第三透鏡單元； 具有正折光力的第四透鏡單元；以及 具有負折光力的第五透鏡單元， 其中，第二透鏡單元被配置為使得它在變焦期間不移動，并且第一透鏡單元、第三透鏡單元、第四透鏡單元和第五透鏡單元被配置為使得它們在變焦透鏡的變焦期間移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包含: 具有正折光力的第一透鏡單元； 具有負折光力的第二透鏡單元； 具有正折光力的第三透鏡單元；具有正折光力的第四透鏡單元； 具有負折光力的第五透鏡單元；以及 具有正折光力的第六透鏡單元， 其中，第二透鏡單元和第 六透鏡單元被配置為在變焦透鏡的變焦期間不移動，并且第一透鏡單元、第三透鏡單元、第四透鏡單元和第五透鏡單元被配置為在變焦透鏡的變焦期間移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包含: 具有正折光力的第一透鏡單元； 具有負折光力的第二透鏡單元； 具有正折光力的第三透鏡單元； 具有正折光力的第四透鏡單元； 具有負折光力的第五透鏡單元；以及 具有正折光力的第六透鏡單元， 其中，第二透鏡單元被配置為在變焦期間不移動，并且第一透鏡單元、第三透鏡單元、第四透鏡單元、第五透鏡單元和第六透鏡單元被配置為在變焦透鏡的變焦期間移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件表達式:
0.80 < f3/f4 < 1.1， 這里，f3代表第三透鏡單元的焦距，以及f4代表第四透鏡單元的焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件表達式:
0.80 < f3/f4 < 1.1， 這里，f3代表第三透鏡單元的焦距，以及f4代表第四透鏡單元的焦距。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件表達式:
0.80 < f3/f4 < 1.1， 這里，f3代表第三透鏡單元的焦距，以及f4代表第四透鏡單元的焦距。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的變焦透鏡，其中，第五透鏡單元被配置為在從無限遠物體到近距離物體的聚焦期間向像側(cè)移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的變焦透鏡，其中，第五透鏡單元被配置為在從無限遠物體到近距離物體的聚焦期間向像側(cè)移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的變焦透鏡，其中，第五透鏡單元被配置為在從無限遠物體到近距離物體的聚焦期間向像側(cè)移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件表達式:
0.58 < SKw/fw < 0.90, 這里，SKw代表廣角端的后焦距。
16.一種圖像拾取裝置，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項的變焦透鏡；以及 固態(tài)圖像拾取元件，用于接收通過變焦透鏡形成的圖像的光。
【文檔編號】G02B15/173GK103969812SQ201410032742
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】奧村哲一朗 申請人:佳能株式會社