專利名稱：成像鏡頭和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及成像鏡頭和成像設(shè)備，更具體地，涉及具有從約40°到約90°的拍攝視場角和2. 8或更小的F數(shù)以便實現(xiàn)亮度的成像鏡頭和包括該成像鏡頭的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為在諸如相機之類的成像設(shè)備中安裝的成像鏡頭(例如，用于鏡頭可互換式相機系統(tǒng)的成像鏡頭)，存在具有從約40°到約90°的拍攝視場角和2. 8或更小的F數(shù)以便實現(xiàn)亮度的多個類型的成像鏡頭。例如，廣泛熟知的高斯型鏡頭(例如，參見日本未審查專利申請第6-337348號和日本未審查專利公開第2009-58651號)。在高斯型鏡頭中，在聚焦時整個鏡頭系統(tǒng)或某些透鏡組在光軸方向上移動?！?br> 作為非高斯型鏡頭的成像鏡頭(lens)，已經(jīng)提出了包括具有負(fù)屈光力(negativerefractive power)的第一透鏡組(lens group)和具有正屈光力的第二透鏡組并且在其中在聚焦時該第二透鏡組在光軸方向上移動的成像鏡頭(例如，參見日本未審查專利申請公開第 2010-191069 號)。

發(fā)明內(nèi)容
近些年，鏡頭可互換式數(shù)字相機系統(tǒng)迅速進入了廣泛使用。尤其，因為鏡頭可互換式相機可以像在視頻相機等中那樣拍攝運動圖像，所以需要提供不僅適合于拍攝靜止圖像還適合于拍攝運動圖像的成像鏡頭。為了對運動圖像進行拍攝，需要高速移動進行聚焦的透鏡組以便于跟蹤對象的快速移動。為了拍攝運動圖像，具有從約40°到約90°的拍攝視場角和2.8或更小的F數(shù)以便實現(xiàn)亮度的鏡頭需要具有當(dāng)進行聚焦時高速移動透鏡組的功能。如上所述，日本未審查專利申請公開第6-337348號和日本未審查專利申請公開第2009-58651號已經(jīng)提出了高斯型鏡頭作為在其中在聚焦的同時在光軸方向上移動整個鏡頭系統(tǒng)的成像鏡頭。但是，當(dāng)高速移動整個鏡頭系統(tǒng)以在聚焦時拍攝移動圖像時，存在以下問題，因為進行聚焦的透鏡組(整個鏡頭系統(tǒng))具有很重的重量由此而在大小上增大移動該透鏡組的致動器，所以鏡頭筒可能在大小上增大。日本未審查專利申請公開第2010-191069號中所公開的成像鏡頭從物側(cè)起包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組和具有正屈光力的第二透鏡組。如上所述，第二透鏡組在聚焦的同時在光軸方向上移動。但是，第二透鏡組在聚焦的同時高速移動以拍攝運動圖像，存在以下問題因為進行聚焦的第二透鏡組具有很重的重量且在大小上增大移動透鏡組的致動器，所以可能在大小上增大鏡頭筒。期待提供小型化并根據(jù)本技術(shù)的實施例進行高速聚焦的成像鏡頭和成像設(shè)備。根據(jù)本技術(shù)的實施例，提供成像鏡頭，其包括從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括多個透鏡的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組。在該第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈。假定定位得比第一透鏡組的光圈更接近于物側(cè)的透鏡組是第Ia透鏡組而定位得比該光圈更接近于圖像側(cè)的透鏡組是第Ib透鏡組，則滿足下列條件方程(I)(1)0. 7<f/flb<2. O,其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而fib是第Ib透鏡組的焦距。因此，在成像鏡頭中，在光軸上移動單一透鏡以進行聚焦。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，在第二透鏡組的負(fù)透鏡中，圖像側(cè)上的表面的曲率可以比物側(cè)上的表面的曲率大。
因為在第二透鏡組的負(fù)透鏡中，圖像側(cè)上的表面的曲率大于物側(cè)上的表面的曲率，所以可以抑制球面像差發(fā)生。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(2)(2) I. 0〈t2i/R2b〈2. 5，其中，t2i是圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的頂點和圖像平面之間的距離，且R2b是圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的曲率半徑。當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(2)時，實現(xiàn)軸外光束(off-axis light beam)上翻(flip up)并使軸外光束入射在圖像平面上的效果，因此縮短成像鏡頭的整個長度。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，第三透鏡組的正透鏡在圖像側(cè)上可以是凸的。當(dāng)?shù)谌哥R組的正透鏡被構(gòu)成為在圖像側(cè)上凸時，在最接近于圖像側(cè)的透鏡表面上軸外光束的曲率很小。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(3)(3) O. 5<EXP/R3b<2. 5，其中，EXP是在圖像側(cè)上第三透鏡組的正透鏡的表面的頂點和出射光瞳(exitpupil)之間的距離，且R3b是圖像側(cè)上第三透鏡組的正透鏡的表面的曲率半徑。當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(3)時，在聚焦時的第三透鏡組的正透鏡中，光束的通路的變化很小。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(4)(4) -3<f3/f2<-l,其中，f3是第三透鏡組的焦距，而f2是第二透鏡組的焦距。當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(4)時，第二和第三透鏡組的屈光力變得合適。根據(jù)本技術(shù)的另一個實施例，提供包括成像鏡頭的成像設(shè)備；和將由成像鏡頭形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的成像元件。成像鏡頭包括從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括多個透鏡的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組。在該第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈。假定定位得比第一透鏡組的光圈更接近于物側(cè)的透鏡組是第Ia透鏡組且定位得比該光圈更接近于圖像側(cè)的透鏡組是第Ib透鏡組，則滿足下列條件方程(I)(1)0. 7<f/flb<2. O,其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而Hb是第Ib透鏡組的焦距。
在該成像設(shè)備中，通過在光軸上移動成像鏡頭的單一透鏡進行聚焦?？赡芴峁┬⌒突⒏鶕?jù)本技術(shù)的實施例進行高速聚焦的成像鏡頭和成像設(shè)備。


圖I是根據(jù)本技術(shù)的優(yōu)選實施例的與圖2到圖10 —起圖示成像鏡頭和成像設(shè)備的示圖并且是圖示根據(jù)第一實施例的成像鏡頭的配置的示圖；圖2是根據(jù)第一實施例的與圖3—起圖示在其中將具體數(shù)值應(yīng)用于成像鏡頭的數(shù)字示例中的像差(aberration)的示圖并且是圖示在無窮遠(yuǎn)聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；圖3是圖示短程聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；圖4是圖示根據(jù)第二實施例的成像鏡頭的配置的示圖； 圖5是根據(jù)第二實施例的與圖6—起圖示在其中將具體數(shù)值應(yīng)用于成像鏡頭的數(shù)字示例中的像差的示圖并且是圖示在無窮遠(yuǎn)聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；圖6是圖示短程聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；圖7是圖示根據(jù)第三實施例的成像鏡頭的配置的示圖；圖8是根據(jù)第三實施例的與圖9一起圖示在其中將具體數(shù)值應(yīng)用于成像鏡頭的數(shù)字示例圖示像差的示圖并且是圖示在無窮遠(yuǎn)聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；圖9是圖示短程聚焦時的球面像差、像散和畸變像差的示圖；和圖10是圖示成像設(shè)備的示例的方框圖。
具體實施例方式以下，將參考附圖描述本技術(shù)的優(yōu)選實施例。注意，在本說明書和附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示具有基本相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性要素，且省略這些結(jié)構(gòu)性要素的重復(fù)解釋。以下，將描述根據(jù)本技術(shù)的優(yōu)選實施例的成像鏡頭和成像設(shè)備。成像鏡頭的配置根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭包括從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括多個透鏡的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，經(jīng)由作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組，由第三透鏡組的正透鏡縮減(聚集)穿過第一透鏡組的光線。因此，抑制在聚焦時圖像平面的變化。因為可以通過由第一透鏡組校正主要像差來減少對焦組即第二透鏡組的任務(wù)，所以可以用單一透鏡構(gòu)成該對焦組。因此，因為可以降低對焦組(第二透鏡組)的重量，所以可以進行聞速聚焦。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，用單一透鏡構(gòu)成第二透鏡組。所以，可以縮短整個光學(xué)長度并可以實現(xiàn)小型化。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，作為對焦透鏡組而由單一透鏡構(gòu)成的第二透鏡組在光軸方向上移動。所以，因為降低了進行聚焦的透鏡組的重量并小型化了移動透鏡組的致動器，所以可以小型化鏡頭筒。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，如上所述，可以確保小型化并因此可以進行聞速聚焦。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，在第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈。假定定位得比第一透鏡組的光圈更接近于物側(cè)的透鏡組是第Ia透鏡組且定位得比該光圈更接近于圖像側(cè)的透鏡組是第Ib透鏡組，則滿足下列條件方程(I)(1)0. 7<f/flb<2. O,其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而fib是第Ib透鏡組的焦距。條件方程(I)是關(guān)于第Ib透鏡組的焦距的方程。第Ia組作為廣角轉(zhuǎn)換器且主要由第Ib透鏡組的屈光力確定第一透鏡組的屈光力。
·
當(dāng)該焦距小于條件方程(I)中的焦距時，第一透鏡組的正屈光力過弱。所以，作為對焦組的第二透鏡組的負(fù)屈光力可能不強且可能降低對焦靈敏度。相反地，當(dāng)該焦距大于條件方程(I)的焦距時，第一透鏡組的正屈光力過強。所以，因為需要增強第二透鏡組的負(fù)屈光力，因此可能增大對焦變化。因此，當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(I)時，第一透鏡組的正屈光力變得合適。所以，可以確保對焦靈敏度，由此可以抑制對焦變化。進一步，也可以像下列條件方程(I)’那樣設(shè)置條件方程(I)的數(shù)值范圍(I)，O. 9〈f/flb〈l. 2。當(dāng)設(shè)置了條件方程(I)’的數(shù)值范圍時，可以確保更令人滿意的對焦靈敏度，由此可以抑制對焦變化。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，在第二透鏡組的負(fù)透鏡中，圖像側(cè)上的表面的曲率大于物側(cè)上的表面的曲率。當(dāng)圖像側(cè)上的表面的曲率小于物側(cè)上的表面的曲率時，球面像差可能容易發(fā)生。因此，當(dāng)在第二透鏡組的負(fù)透鏡中圖像側(cè)上的表面的曲率被構(gòu)成為大于物側(cè)上的表面的曲率時，如上所述，可以抑制球面像差且可以改善圖像質(zhì)量。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(2)(2) I. 0〈t2i/R2b〈2. 5，其中，t2i是圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的頂點和圖像平面之間的距離，且R2b是圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的曲率半徑。條件方程(2)是關(guān)于第二透鏡組的負(fù)透鏡的透鏡表面的曲率半徑的方程。當(dāng)該曲率半徑小于條件方程(2)中的曲率半徑時，可以減少上翻軸外光束的角度的效應(yīng)，因此可以增大成像鏡頭的整個長度。相反地，當(dāng)該曲率半徑大于條件方程(2)中的曲率半徑時，球面像差可能容易發(fā)生，因此光學(xué)性能可能惡化。進一步，當(dāng)該曲率半徑大于條件方程(2)中的曲率半徑時，軸上(on-axis)性能的對焦變化可能惡化。因此，當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(2)時，因為抑制了球面像差和對焦變化，所以可以縮短成像鏡頭的整個長度且可以改善光學(xué)性能。進一步，也可以設(shè)置條件方程(2)的數(shù)值范圍為下列條件方程(2)’ (2)，I. 5〈t2i/R2b〈2. O。
當(dāng)設(shè)置了條件方程(2 ) ’的數(shù)值范圍時，可以進一步縮短成像鏡頭的整個長度且可以進一步改善光學(xué)性能。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，第三透鏡組的正透鏡在圖像側(cè)上可以是凸的。當(dāng)正透鏡(其是最接近于圖像側(cè)的透鏡)在圖像側(cè)上是凹的時，顯著地使軸外光束最接近于圖像側(cè)地彎曲。所以，當(dāng)在聚焦時移動第二透鏡組時，在最接近于圖像側(cè)的透鏡中軸外光束的通路是不同的，因此可能發(fā)生場曲率的變化。因此，當(dāng)正透鏡(其是最接近于圖像側(cè)的透鏡)在圖像側(cè)上是凸的時，可以抑制場曲率的變化。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(3)(3) O. 5〈EXP/R3b〈2. 5， 其中EXP是圖像側(cè)上的第三透鏡組的正透鏡的表面的頂點和出射光瞳(exi tpupil)之間的距離，且R3b是圖像側(cè)上的第三透鏡組的正透鏡的表面的曲率半徑。條件方程(3 )是關(guān)于第三透鏡組(其是最接近于圖像側(cè)的透鏡)的透鏡表面的曲率半徑的方程。條件方程(3)的R3b的值是絕對值。當(dāng)曲率半徑超出條件方程(3)的范圍時，在聚焦時在第三透鏡組的正透鏡中可能顯著地改變光束的通路，因此難以抑制在聚焦時的場曲率的變化。因此，當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(3)時，可以降低在聚焦時在第三透鏡組的正透鏡中光束的通路的變化，因此可以抑制在聚焦時的場曲率的變化。也可以將條件方程(3)的數(shù)值范圍設(shè)置為下列條件方程(3)’ (3 )，O. 75<EXP/R3b<2. O。當(dāng)設(shè)置了條件方程(3)’的數(shù)值范圍時，可以進一步抑制在聚焦時的場曲率的變化。在根據(jù)本技術(shù)的實施例的成像鏡頭中，可以滿足下列條件方程(4)(4) -3<f3/f2<-l,其中，f3是第三透鏡組的焦距，而f2是第二透鏡組的焦距。條件方程(4)是關(guān)于第二和第三透鏡組的焦距。當(dāng)該焦距小于條件方程(4)中的焦距時，第三透鏡組的屈光力過強。所以，軸外光束的對焦變化可能增大。相反地，當(dāng)該焦距大于條件方程(4)中的焦距時，第二透鏡組的屈光力過強。所以，軸上光束的對焦變化可能增大。因此，當(dāng)成像鏡頭滿足條件方程(4)時，第三透鏡組的屈光力變得合適。所以，可以抑制軸外光束的對焦變化和軸上光束的對焦變化。成像鏡頭的數(shù)字示例以下，將參考附圖和表描述根據(jù)本技術(shù)的具體實施例的成像鏡頭和根據(jù)實施例向成像鏡頭應(yīng)用具體數(shù)值的數(shù)字示例。進一步，在每個表或描述中使用的符號的含義如下“Si”表示從物側(cè)至圖像側(cè)編號的第i表面的表面號，“Ri”表示第i表面的旁軸曲率半徑，“Di”表示第i表面與第i+Ι表面之間的軸上表面距離(透鏡中心的厚度或氣隙)，“Nd”表示從第i表面開始的透鏡等的光線(line) d ( λ =587. 6nm)的屈光率(refractiveindex)，且“ vd”表示從第i表面開始的透鏡等的光線的阿貝數(shù)(abbe)。“ASP”表示與“Si”有關(guān)的對應(yīng)表面的非球面，“ST0”表示與“Si”有關(guān)的光圈，且“ inf”表示對應(yīng)表面是與“ Ri ”有關(guān)平面(flat)的事實?！?K ”是圓錐常數(shù)(圓錐的常數(shù))且14”、16”、18”和110”分別表示第四、第六、第八和第十階(order)非球面系數(shù)?！癋no”表示F數(shù)，“f ”表示焦距，“ ω ”表示半視場角，且“ β ”表示拍攝放大率。在示出下列非球面系數(shù)的每個表中，“E-n”指示其中10是底的指數(shù)標(biāo)記，即“10的負(fù) η 次方”。例如，“O. 12345Ε-0. 5” 指示 “O. 12345 X (10 的負(fù) 5 次方)”。在每個實施例中描述的成像鏡頭中，一些透鏡表面是非球面。假定“X”是在光軸方向上離透鏡表面的頂點的距離(下陷量)，“ y ”是在與光軸方向垂直的方向上的高度(圖像高度)，“c”是透鏡的頂點上的旁曲率(曲率半徑的倒數(shù))，“ K ”是圓錐常數(shù)(圓錐的常數(shù))，且“A4”、“A6”、“A8”和“A10”分別是第四、第六、第八和第十階(order)非球面系數(shù)，則如下列方程I中那樣定義非球面的形狀。[方程I]
權(quán)利要求
1.一種成像鏡頭，包括 從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括多個透鏡的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組。
其中，在所述第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈，且 假定定位得比所述第一透鏡組的光圈更接近于物側(cè)的透鏡組是第Ia透鏡組且定位得比所述光圈更接近于圖像側(cè)的透鏡組是第Ib透鏡組，則滿足下列條件方程(I)(1)0.7<f/flb<2. O, 其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而Hb是所述第Ib透鏡組的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的成像鏡頭，其中，在所述第二透鏡組的負(fù)透鏡中，所述圖像側(cè)上的表面的曲率比所述物側(cè)上的表面的曲率大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的成像鏡頭，其中滿足下列條件方程(2)(2)I. 0〈t2i/R2b〈2. 5， 其中t2i是在所述圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的頂點和圖像平面之間的距離，且R2b是所述圖像側(cè)上第二透鏡組的負(fù)透鏡的表面的曲率半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的成像鏡頭，其中所述第三透鏡組的正透鏡在圖像側(cè)上是凸的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的成像鏡頭，其中滿足下列條件方程(3)(3)O. 5<EXP/R3b<2. 5， 其中EXP是所述圖像側(cè)上第三透鏡組的正透鏡的表面的頂點和出射光瞳之間的距離，且R3b是所述圖像側(cè)上第三透鏡組的正透鏡的表面的曲率半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的成像鏡頭，其中滿足下列條件方程(4)(4)-3<f3/f2<-l, 其中f3是所述第三透鏡組的焦距，而f2是所述第二透鏡組的焦距。
7.一種成像設(shè)備，其包括 成像鏡頭；和 成像元件，其將由所述成像鏡頭形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號， 其中，所述成像鏡頭包括從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組， 在第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈，并 假定定位得比所述第一透鏡組的光圈更接近于所述物側(cè)的透鏡組是第Ia透鏡組且定位得比所述光圈更接近于所述圖像側(cè)的透鏡組是第Ib透鏡組，滿足下列條件方程(I)(1)0. 7<f/flb<2. O, 其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而Hb是所述第Ib透鏡組的焦距。
全文摘要
提供一種成像鏡頭，包括從物側(cè)到圖像側(cè)順序排列的具有正屈光力并包括多個透鏡的固定式第一透鏡組、作為對焦組并包括負(fù)透鏡的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組。在第一透鏡組的預(yù)定透鏡之間布置光圈，且假定定位得比第一透鏡組的光圈更接近于物側(cè)的透鏡組是第1a透鏡組且定位得比光圈更接近于圖像側(cè)的透鏡組是第1b透鏡組，則滿足下列條件方程(1)(1)0.7<f/f1b<2.0，其中f是整個系統(tǒng)的焦距，而f1b是所述第1b透鏡組的焦距。
文檔編號H04N5/232GK102914857SQ201210258110
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者須永敏弘, 大竹基之, 細(xì)井正晴 申請人:索尼公司