專利名稱：變焦鏡頭和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及適于數(shù)碼相機(jī)的變焦鏡頭(zoom lens)、家用視頻攝錄像機(jī)和其他小型成像裝置以及使用變焦鏡頭的成像裝置。
背景技術(shù)：
近些年，使用固態(tài)成像器件的數(shù)碼相機(jī)和其他成像裝置被越來越多地使用。因?yàn)閺V泛地使用這樣的數(shù)碼相機(jī)，所以通常要求高于以往的圖像質(zhì)量。特別是，使用具有大量像素的固態(tài)成像器件的數(shù)碼相機(jī)和其他成像裝置需要具有對(duì)應(yīng)于大量像 素的極佳成像性能的成像透鏡，特別是具有這樣性能的變焦鏡頭。此外，近些年通常強(qiáng)烈地要求更寬的視角。即，通常要求具有范圍大約從4到6的變焦率和大約40°寬半視角的緊湊變焦鏡頭。另一方面，已知偏轉(zhuǎn)型光學(xué)系統(tǒng)(deflected-type optical system),每個(gè)都意圖通過在其中間某處的位置偏轉(zhuǎn)光路以沿著入射光軸減小其尺寸(參見JP-A-2006-71993、JP-A-2006-276475、JP-A-2006-323051 和 JP-A-2009-265557)。例如 JP-A-2006-71993 描述了偏轉(zhuǎn)型五組變焦鏡頭的配置，其包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組、具有正屈光力的第四透鏡組和具有負(fù)屈光力的第五透鏡組。包括第五透鏡組中提供的正透鏡并能夠通過在垂直于光軸的方向上平移來校正圖像模糊的偏轉(zhuǎn)型變焦鏡頭是緊湊的，但仍具有手抖動(dòng)(hand-shaking)校正機(jī)構(gòu)。JP-A-2006-276475、JP-A-2006-323051每個(gè)都提供了五組變焦鏡頭，其包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組、具有正屈光力的第四透鏡組和具有正或負(fù)屈光力的第五透鏡組。每個(gè)這樣配置的變焦鏡頭是緊湊但是具有手抖動(dòng)(hand-shaking)校正機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)型變焦鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在JP-A-2006-71993、JP-A-2006-276475、JP-A-2006-323051 和JP-A-2009-265557中描述的光學(xué)系統(tǒng)具有從大約60°到65°變動(dòng)的視角，該視角對(duì)于達(dá)到當(dāng)前需求來說寬度不足。為了允許每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)都具有更寬的視場角，需要增大前透鏡的直徑以增大視角，并因此增大變焦鏡頭的長度。此外，以上描述的光學(xué)系統(tǒng)的變焦率從3倍到4倍變動(dòng)。上述光學(xué)系統(tǒng)的規(guī)格幾乎達(dá)不到更寬視角、更高放大率和更小尺寸的當(dāng)前需求。因此期望提供不僅具有適于小型成像裝置的高成像性能還具有在廣角端從大約70°到90°變動(dòng)的寬視角和從大約4倍到6倍變動(dòng)的高變焦率的變焦鏡頭。進(jìn)一步期望提供使用變焦鏡頭的成像裝置。本公開的實(shí)施例指向變焦鏡頭，該變焦鏡頭包括從呈現(xiàn)物體的一側(cè)順序排列的具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組、具有正屈光力的第四透鏡組合和具有正屈光力的第五透鏡組，并且通過移動(dòng)至少第二透鏡組和第四透鏡組進(jìn)行變焦操作。第一透鏡組包括偏轉(zhuǎn)光路的反射部件，且第五透鏡組包括從物側(cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組(partial group)和具有正屈光力的第二透鏡分組。變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式I. 5<1. 56(1)0. 1<|F5/Ft|<4(2)其中3 5表示第五透鏡組的側(cè)面放大率，F(xiàn)5表示第五透鏡組的焦距而Ft表示在遠(yuǎn)望端的整體系統(tǒng)的焦距。本公開的另一實(shí)施例指向包括變焦鏡頭的成像裝置和根據(jù)變焦鏡頭形成的光學(xué)圖像輸出所捕獲的信息的成像器件以及如同本公開的實(shí)施例中所描述地配置的變焦鏡頭。
在根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭或成像裝置中，屈光力以從物側(cè)起正、負(fù)、正、正和正的順序排列，并且通過移動(dòng)至少第二透鏡組和第四透鏡組進(jìn)行變焦操作。根據(jù)根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭或成像裝置，具有正、負(fù)、正、正和正屈光力的五個(gè)透鏡組從物側(cè)起順序地排列，并且最優(yōu)化每個(gè)透鏡組的配置，從而合成的變焦鏡頭不僅具有用于小型成像裝置的高成像性能還具有在廣角端從大約70°到90°變動(dòng)的寬視場角和從大約4倍到6倍變動(dòng)的高變焦率。


圖I示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第一示例性配置，并且是對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例I的鏡頭橫截面圖；圖2示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第二示例性配置，并且是對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例2的鏡頭橫截面圖；圖3示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第三示例性配置，并且是對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例3的鏡頭橫截面圖；圖4示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第四示例性配置，并且是對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例4的鏡頭橫截面圖；圖5示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第五示例性配置，并且是對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例5的鏡頭橫截面圖；圖6A到圖6C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例I的變焦鏡頭在廣角端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖6A示出球面像差，圖6B示出像散，而圖6C示出畸變；圖7A到圖7C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例I的變焦鏡頭在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)產(chǎn)生的像差的像差圖，圖7A示出球面像差，圖7B示出像散，而圖7C示出畸變；圖8A到圖SC示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例I的變焦鏡頭在遠(yuǎn)望端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖8A示出球面像差，圖8B示出像散，而圖8C示出畸變；圖9A到圖9C示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例2的變焦鏡頭在廣角端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖9A示出球面像差，圖9B示出像散，而圖9C示出畸變；圖IOA到圖IOC是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例2的變焦鏡頭在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)產(chǎn)生的像差的像差圖，圖IOA示出球面像差，圖IOB示出像散，而圖IOC示出畸變；圖IlA到圖IlC示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例2的變焦鏡頭在遠(yuǎn)望端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖IlA示出球面像差，圖IlB示出像散，而圖IlC示出畸變；圖12A到圖12C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例3的變焦鏡頭在廣角端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖12A示出球面像差，圖12B示出像散，而圖12C示出畸變；圖13A到圖13C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例3的變焦鏡頭在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)產(chǎn)生的像差的像差圖，圖13A示出球面像差，圖13B示出像散，而圖13C示出畸變；圖14A到圖14C示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例3的變焦鏡頭在遠(yuǎn)望端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖14A示出球面像差，圖14B示出像散，而圖14C示出畸變；圖15A到圖15C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例4的變焦鏡頭在廣角端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖15A示出球面像差，圖15B示出像散，而圖15C示出畸變；圖16A到圖16C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例4的變焦鏡頭在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)產(chǎn)生的像差的像差圖，圖16A示出球面像差，圖16B示出像散，而圖16C示出畸變；圖17A到圖17C示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例4的變焦鏡頭在遠(yuǎn)望端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖17A示出球面像差，圖17B示出像散，而圖17C示出畸變；·圖18A到圖18C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例5的變焦鏡頭在廣角端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖18A示出球面像差，圖18B示出像散，而圖18C示出畸變；圖19A到圖19C是示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例5的變焦鏡頭在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)產(chǎn)生的像差的像差圖，圖19A示出球面像差，圖19B示出像散，而圖19C示出畸變；圖20A到圖20C示出由對(duì)應(yīng)于數(shù)字示例5的變焦鏡頭在遠(yuǎn)望端產(chǎn)生的像差的像差圖，圖20A示出球面像差，圖20B示出像散，而圖20C示出畸變；以及圖21是示出成像裝置的示例性配置的方塊圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖詳細(xì)地描述本公開的實(shí)施例。[鏡頭的基本配置]圖I示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第一示例性配置。該示例性配置對(duì)應(yīng)于根據(jù)隨后將描述的數(shù)字示例I的鏡頭配置。圖I對(duì)應(yīng)于廣角端的透鏡布局，其中在廣角端對(duì)焦無窮遠(yuǎn)處的物體。類似地，圖2到圖5示出對(duì)應(yīng)于根據(jù)隨后將描述的數(shù)字示例2到5的鏡頭配置的第二到第五示例性橫截面配置。在圖I到圖5中，附圖字符Simg表示圖像平面且附圖字符d6、dll、dl4和dl7的每個(gè)表示當(dāng)放大率改變時(shí)改變的表面間距離。根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭實(shí)際上包括沿著光軸Zl從物側(cè)順序排列的下列五個(gè)透鏡組具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組Gl ;具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2 ;具有正屈光力的第三透鏡組G3 ;具有正屈光力的第四透鏡組G4 ;和具有正屈光力的第五透鏡組G5。在第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間、在第三透鏡組G3的附近優(yōu)選地布置孔徑光闌St。根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭通過移動(dòng)至少第二透鏡組G2和第四透鏡組G4進(jìn)行變焦。具體地，當(dāng)放大率從廣角端的放大率改變到遠(yuǎn)望端的放大率時(shí)，在從物側(cè)朝向圖像平面?zhèn)鹊姆较蛏弦苿?dòng)第二透鏡組G2并在從圖像平面?zhèn)瘸蛭飩?cè)的方向上移動(dòng)第四透鏡組G4，例如圖I到圖5中所示的示例性配置中表示透鏡組移動(dòng)路徑的實(shí)線所指示的那樣。 第一透鏡組Gl包括偏轉(zhuǎn)光路的反射部件LP。該反射部件LP可以由例如具有光入射表面的棱鏡、以90°偏轉(zhuǎn)入射光軸的反射表面以及反射光線穿過的光線出射表面組成。在圖I到圖5中所示的示例性配置中，為了便于圖示而省略反射表面，沿著光軸Zl畫出光線入射表面和光線出射表面從而它們面對(duì)相同的方向，但是，實(shí)際上，光軸Zl被反射部件LP偏轉(zhuǎn)。第一透鏡組Gl優(yōu)選地包括從物側(cè)順序排列的第一透鏡Lll (具有負(fù)屈光力的單一透鏡)、反射部件LP和具有正屈光力的第二透鏡L12。第五透鏡組G5包括從物側(cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組GF和具有正屈光力的第二透鏡分組GR。第一透鏡分組GF優(yōu)選地由具有負(fù)屈光力的單一透鏡組成。另外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭優(yōu)選地滿足后面將描述的預(yù)定條件表達(dá)式。[有利效果]
接下來將描述根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭提供的有利效果。在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，因?yàn)榈谝煌哥R組Gl容納(accommodate) 了反射部件LP，所以在變焦操作期間沿著被反射部件LP偏轉(zhuǎn)了的光軸移動(dòng)第二透鏡組G2和第四透鏡組G4,從而減小透鏡系統(tǒng)的厚度。進(jìn)一步，因?yàn)樽兘圭R頭配置為具有正、負(fù)、正、正和正屈光力的排列且變焦操作通過移動(dòng)至少第二透鏡組G2和第四透鏡組G4進(jìn)行，所以可以減小前透鏡的直徑并且第一透鏡組Gl到第五透鏡組G5的透鏡直徑不會(huì)極大地不同于彼此，從而可以減小變焦鏡頭的厚度。特別是，因?yàn)榘◤奈飩?cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組GF和具有正屈光力的第二透鏡分組GR的第五透鏡組G5具有放大能力，所以可以減小從第一透鏡組Gl到第四透鏡組G4的長度。(條件表達(dá)式的描述)進(jìn)一步，當(dāng)這樣優(yōu)化根據(jù)本實(shí)施例的、組成變焦鏡頭的透鏡組的配置從而滿足下列條件表達(dá)式時(shí)，變焦鏡頭具有適于數(shù)碼相機(jī)、家用視頻攝錄像機(jī)以及其他小型成像裝置、在廣角端從大約70°到90°變動(dòng)的寬視角和從大約4倍到6倍變動(dòng)的高變焦倍率的高成像性能。根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式(I)和條件表達(dá)式(2)。I. 5<1. 56(1)0. 1<|F5/Ft|<4(2)在表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)中，P 5表示第五透鏡組的橫向放大率，F(xiàn)5表示第五透鏡組的焦距而Ft表示在遠(yuǎn)望端的整體系統(tǒng)的焦距。條件表達(dá)式(I)定義第五透鏡組G5的橫向放大率@5。當(dāng)P 5小于條件表達(dá)式(I)的下限時(shí)，第五透鏡組G5的放大能力降低并且因此難以減小變焦鏡頭的尺寸。另一方面，當(dāng)￠5大于條件表達(dá)式(I)的上限時(shí)，第五透鏡組G5的放大能力增加并且因而可以輕易地減小變焦鏡頭的尺寸，然而第五透鏡組G5也增加第一透鏡組Gl到第四透鏡組G4產(chǎn)生的像差量且因而難以確保光學(xué)性能。當(dāng)變焦鏡頭滿足條件表達(dá)式(I)時(shí)，可以減小第一透鏡組Gl的尺寸，并且在遠(yuǎn)望端光學(xué)性能的降級(jí)引起的色差和彗形像差可以被抑制。條件表達(dá)式(2)定義第五透鏡組G5的焦距F5與遠(yuǎn)望端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距Ft的比率。當(dāng)|F5/Ft|小于條件表達(dá)式(2)的下限時(shí)，第五透鏡組G5的屈光力減小并因而第五透鏡組G5產(chǎn)生的畸變量下降，導(dǎo)致減小第一透鏡組Gl的尺寸和厚度的難度。另一方面，當(dāng)|F5/Ft|大于條件表達(dá)式(2)的上限時(shí)，第五透鏡組G5的屈光力增加太多且朝向正側(cè)由第五透鏡組G5產(chǎn)生的畸變量增加太多，導(dǎo)致校正作為整體的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的畸變的困難。
在本實(shí)施例中，可以替代地滿足下列條件表達(dá)式(I)’和條件表達(dá)式(2)’，取代上述條件表達(dá)式(I)和條件表達(dá)式(2)。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(I)’和條件表達(dá)式(2)’時(shí)，可以進(jìn)一步減小光學(xué)系統(tǒng)的總長度且實(shí)現(xiàn)其他優(yōu)勢。I. 2〈β 5〈1· 56(1)，O. 1〈|F5/Ft|〈2(2)，期望根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式(3)。Fw/G1R11<1. 0(3)在表達(dá)式(3)中，GlRl表示第一透鏡Lll的物側(cè)表面的曲率半徑，而Fw表示在廣角端整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
條件表達(dá)式(3)定義第一透鏡Lll的物側(cè)表面的曲率半徑GlRl和在廣角端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距Fw。當(dāng)滿足條件等式(3)時(shí)，變焦鏡頭的厚度，特別是變焦鏡頭沿著入射光軸的厚度可以降低。當(dāng)|Fw/GlRl|大于條件表達(dá)式(3)的上限時(shí)，第一透鏡Lll的曲率半徑GlRl的絕對(duì)值下降且第一透鏡組Gl的厚度因此增加，導(dǎo)致減小變焦鏡頭的厚度的困難。在本實(shí)施例中，可以替代地滿足下列條件表達(dá)式(3) ’，取代上述條件表達(dá)式(3)。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(3)’時(shí)，可以進(jìn)一步減小變焦鏡頭的厚度。Fw/G1R11〈0· 8(3)，第一透鏡分組GF (由具有負(fù)屈光力的單一透鏡組成)被優(yōu)選地配置以滿足下列條件表達(dá)式。NdGF>l. 9(4)O. 6〈 I FGF/Fw | <2. O (5)在表達(dá)式(4)和表達(dá)式(5)，NdGF表示在d光線的第一透鏡分組GF的屈光率，且FGF表示第一透鏡分組GF的焦距。包括具有負(fù)屈光力的單一透鏡的第一透鏡分組GF可以幫助減小光學(xué)系統(tǒng)的總長度。條件表達(dá)式(4)定義該第一透鏡分組GF的屈光率。當(dāng)NdGF小于條件表達(dá)式(4)的下限時(shí)，難以校正整個(gè)透鏡系統(tǒng)的珀茲伐和(Petzval sum)，導(dǎo)致校正圖像平面的場曲率的困難。條件表達(dá)式(5)定義第一透鏡分組GF的焦距FGF和廣角端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距Fw。當(dāng)|FGF/Fw|小于條件表達(dá)式(5)的下限時(shí)，第一透鏡分組GF的屈光力增加太多，導(dǎo)致大量第五透鏡組GF5產(chǎn)生的各種像差和高偏心率靈敏度，該高偏心率靈敏度致使變焦鏡頭的劣質(zhì)生產(chǎn)。另一方面，當(dāng)I FGF/Fw I大于條件表達(dá)式(5)的上限時(shí),第一透鏡分組GF的屈光力下降太多，導(dǎo)致減小變焦鏡頭尺寸的困難。當(dāng)滿足條件表達(dá)式⑷和條件表達(dá)式(5)時(shí)，可以減小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的珀茲伐和，從而可以抑制圖像平面的場曲率。其結(jié)果是，可以減小變焦鏡頭的尺寸并維持高光學(xué)性能。在本實(shí)施例中，可以替代地滿足下列條件表達(dá)式(4)’和條件表達(dá)式(5)’，取代上述條件表達(dá)式(4)和條件表達(dá)式(5)。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(4)’和條件表達(dá)式(5)’時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的性能。NdGF>2. O (4)'I. 0〈 I FGF/Fw I〈I. 8(5)，期待根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式(6)。I. 2<G1R2/G2R1<2. O (6)
在表達(dá)式￠)中，G1R2表示第一透鏡組Gl中最接近像側(cè)的表面的曲率半徑，而G2R1表示第二透鏡組G2中最接近物側(cè)的表面的曲率半徑。條件表達(dá)式(6)定義第一透鏡組Gl中最接近像側(cè)的表面的曲率半徑G1R2和第二透鏡組G2中最接近物側(cè)的表面的曲率半徑G2R1的比率。當(dāng)G1R2/G2R1小于條件表達(dá)式
(6)的下限時(shí)，在第一透鏡組Gl中未校正的殘余畸變可能不在下一級(jí)校正，阻止了圖像處理系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)匦Ｕ兓蚴沟玫谝煌哥RLll的尺寸增加并阻止變焦鏡頭的尺寸減小。另一方面，當(dāng)G1R2/G2R1大于條件表達(dá)式(6)的上限時(shí)，第二透鏡組G2中最接近物側(cè)的表面的曲率半徑G2R1進(jìn)一步小于第一透鏡組Gl中的第二透鏡L12的表面的曲率半徑G1R2，導(dǎo)致高偏心率靈敏度，并因而導(dǎo)致變焦鏡頭的劣質(zhì)生產(chǎn)。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(6)時(shí)，減小第一透鏡組Gl的厚度，從而可以減小未校正的畸變。其結(jié)果是，可以減小變焦鏡頭的尺寸，且圖像處理系統(tǒng)可以恰當(dāng)?shù)乜刂苹?。期待根?jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式(7)和條件表達(dá)式(8)?！?br> O. 7< I Fl/(FwXFt)1/21 <1. 5(7)Dl/ {(Ft/Fw) X tan (ω w)} <5. O (8)在條件表達(dá)式(7)和條件表達(dá)式(8)中，F(xiàn)l表示第一透鏡組Gl的焦距，Dl表示沿著光軸從第一透鏡組Gl中最接近物側(cè)的表面到反射部件LP的像側(cè)表面的距離，而表示在廣角端的視角。條件表達(dá)式(7)定義第一透鏡組Gl的焦距Fl和在廣角端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距Fw與在遠(yuǎn)望端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距Ft的乘積的平方根。當(dāng)I Fl/(FwXFt)1/21小于條件表達(dá)式(7)的下限時(shí)，第一透鏡組Gl的屈光力增加太多，不僅導(dǎo)致在遠(yuǎn)望端的第一透鏡組Gl產(chǎn)生的球面和軸向色像差，還導(dǎo)致高偏心率靈敏度，該高偏心率靈敏度致使變焦鏡頭的劣質(zhì)生產(chǎn)。另一方面，當(dāng)IFl/(FwXFt)1/21大于條件表達(dá)式(7)的上限時(shí)，第一透鏡組Gl的尺寸不利地增加，導(dǎo)致減小變焦鏡頭尺寸的困難。條件表達(dá)式(8)定義從G1R2到G2R2的距離、在廣角端的視角ω τ和變焦倍率(Ft/Fw)。當(dāng)Dl/{(Ft/Fw) Xtan(cow)}大于條件表達(dá)式(8)的上限時(shí)，第一透鏡組Gl的尺寸不利地增加，導(dǎo)致減小變焦鏡頭尺寸的困難。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(7)和條件表達(dá)式(8)時(shí)，可以減小變焦鏡頭的厚度，特別是第一透鏡組Gl的尺寸，這致使沿著入射光軸的變焦鏡頭的厚度的減小。期待根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式(9 )和條件表達(dá)式(10 )。NdGDl. 9(9)NdPr > I. 9(10)在條件表達(dá)式(9)和條件表達(dá)式(10)中，NdGl表示在d光線處第一透鏡組Gl中第一透鏡Lll的屈光率，且NdPr表示在d光線處反射部件LP的屈光率。條件表達(dá)式(9)定義在d光線處第一透鏡Lll的屈光率。當(dāng)NdGl小于條件表達(dá)式(9)的下限時(shí)，第一透鏡組Gl的尺寸不利地增加，導(dǎo)致減小變焦鏡頭的尺寸的困難。條件表達(dá)式(10)定義在d光線處反射部件LP的屈光率。當(dāng)NdPr小于條件表達(dá)式(10)的下限時(shí)，第一透鏡組Gl的尺寸不利地增加，導(dǎo)致減小變焦鏡頭的尺寸的困難。當(dāng)滿足條件表達(dá)式(9)和條件表達(dá)式(10)時(shí)，可以減小變焦鏡頭的厚度，特別是第一透鏡組Gl的尺寸，這致使沿著入射光軸的變焦鏡頭的厚度的下降。[其他期待的配置]
除上述情況之外，還期待根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭如下配置。通過移動(dòng)(平移)第一透鏡組Gl到第五透鏡組G5中的一個(gè)或移動(dòng)(平移)部分第一透鏡組作為在基本垂直于光軸Zl的方向上的防振透鏡組，可以平移圖像。在此情況下，例如，通過組合檢測圖像模糊的檢測系統(tǒng)、平移防振透鏡組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和供應(yīng)由來自檢測系統(tǒng)的輸出確定的平移量給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，變焦鏡頭可以用作防振光學(xué)系統(tǒng)。特別是，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，通過在基本上垂直于光軸Zl的方向上平移第五透鏡組G5中的單一正透鏡可以帶有少量像差改變地平移圖像。通過沿著光軸移動(dòng)第四透鏡組G4優(yōu)選地進(jìn)行對(duì)焦。特別是，當(dāng)將第四透鏡組G4用作對(duì)焦透鏡組時(shí)，驅(qū)動(dòng)和控制快門單元和光圈單元的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和平移防振透鏡組的防振驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的干擾被輕易地避免，且可以減小變焦鏡頭的尺寸。
可以在透鏡系統(tǒng)的像側(cè)布置諸如蓋玻板(cover glass plate)之類的光學(xué)部件GC。取決于光學(xué)檢測器的光譜靈敏度特性，該光學(xué)部件GC可以是防止發(fā)生莫爾條紋(moirefringes)的低通濾光器，或者是紅外阻隔濾光器。進(jìn)一步，當(dāng)根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭被合并在成像裝置中時(shí)，期待提供信號(hào)處理器，該處理器對(duì)于從捕獲信號(hào)產(chǎn)生的捕獲圖像進(jìn)行畸變校正。例如，在隨后將描述的成像裝置100中，相機(jī)信號(hào)處理器20令人滿意地進(jìn)行該畸變校正。在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中(該變焦鏡頭提供在廣角端從大約70°到90°變動(dòng)的寬視角和從大約4倍到6倍變動(dòng)的高變焦率)，在廣角端的畸變極大地不同于遠(yuǎn)望端的畸變。通過向成像裝置提供校正畸變的功能實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)施例的薄變焦鏡頭。[合并變焦鏡頭到成像裝置的示例]圖21示出成像裝置100的示例性配置，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭被合并于該成像裝置100。例如，該成像裝置100是數(shù)碼相機(jī)并包括相機(jī)模塊10、相機(jī)信號(hào)處理器20、圖像處理器30、IXD (液晶顯示器)40、R/W (讀/寫器)50,CPU (中央處理器)60和輸入單元70。相機(jī)模塊10負(fù)責(zé)成像并包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括變焦鏡頭11 (圖I到圖5中所示的變焦鏡頭1、2、3、4和5中的任意鏡頭)和諸如CXD (電荷耦合器件)和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體)器件之類的成像器件12。成像器件12將由變焦鏡頭11形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出根據(jù)光學(xué)圖像的捕獲信號(hào)(圖像信號(hào))。相機(jī)信號(hào)處理器20處理從成像器件12輸出的圖像信號(hào)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、去噪、圖像質(zhì)量校正、到亮差信號(hào)/色差信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及各種類型的其他信號(hào)處理。例如，圖像質(zhì)量校正是對(duì)捕獲圖像進(jìn)行的畸變校正。圖像處理器30記錄并重現(xiàn)圖像信號(hào)，基于預(yù)定圖像數(shù)據(jù)格式對(duì)于圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼和解壓解碼，進(jìn)行諸如分辨率轉(zhuǎn)換之類的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換并進(jìn)行其他圖像處理。IXD 40具有顯示諸如通過輸入單元70的用戶的操作和捕獲的圖像之類的多種數(shù)據(jù)的功能。該R/W 50將由圖像處理器30編碼的圖像數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)卡1000并讀取在存儲(chǔ)卡1000上記錄的圖像數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)卡1000是可以附接到R/W 50的插槽并從其移除的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。CPU 60用作控制處理器，該控制處理器控制成像裝置100中提供的電路塊，并例如基于來自輸入單元70的指令輸入信號(hào)控制每個(gè)電路塊。由用戶在需要時(shí)操作的多個(gè)開關(guān)和其他組件組成的輸入單元70包括例如用于快門操作的快門釋放按鈕和用于選擇動(dòng)作模式的選擇開關(guān)，并根據(jù)對(duì)CPU 60的用戶的操作來輸出指令輸入信號(hào)?？刂圃谙鄼C(jī)模塊10中布置的透鏡驅(qū)動(dòng)的透鏡驅(qū)動(dòng)控制器80控制馬達(dá)或任何其他致動(dòng)器(未示出)，該馬達(dá)或任何其他致動(dòng)器(未示出)基于來自CPU 60的控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)變焦鏡頭11中的透鏡。下面將描述成像裝置100的操作。在成像待命狀態(tài)中，經(jīng)由相機(jī)信號(hào)處理器20向IXD 40輸出由相機(jī)模塊10捕獲的圖像信號(hào)，并在CPU 60的控制下將其在IXD 40上作為相機(jī)通過圖像(camera-throughimage)顯示。當(dāng)從輸入單元70輸入變焦指令輸入信號(hào)時(shí)，CPU 60將控制信號(hào)輸出到透鏡驅(qū)動(dòng)控制器80，并在透鏡驅(qū)動(dòng)控制器80的控制下移動(dòng)變焦鏡頭11中的預(yù)定透鏡。當(dāng)響應(yīng)于來自輸入單元70的指令輸入信號(hào)操作相機(jī)模塊10中的快門(未示出)時(shí)，相機(jī)信號(hào)處理器20將捕獲的圖像信號(hào)輸出到圖像處理器30，該圖像處理器30對(duì)于圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼并將編碼圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為以預(yù)定數(shù)據(jù)格式表達(dá)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將轉(zhuǎn)換的數(shù) 據(jù)輸出到R/W 50，該R/W 50將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)卡1000。例如如下那樣執(zhí)行對(duì)焦當(dāng)輸入單元50中的快門釋放按鈕半按或全按以記錄(成像)時(shí)，透鏡驅(qū)動(dòng)控制器80基于來自CPU 60的控制信號(hào)移動(dòng)變焦鏡頭11中的預(yù)定透鏡。為了重現(xiàn)在存儲(chǔ)卡1000上記錄的圖像數(shù)據(jù)，R/W 50響應(yīng)于通過輸入單元70進(jìn)行的用戶的操作，從存儲(chǔ)卡1000讀取預(yù)定圖像數(shù)據(jù)。圖像處理器30對(duì)于讀取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓編碼，然后將待重現(xiàn)的圖像信號(hào)輸出到IXD40并在其上顯示為重現(xiàn)的圖像。參考將成像裝置用作數(shù)碼相機(jī)的情況已經(jīng)描述了上述實(shí)施例。但是，注意，成像裝置不是必須被用作數(shù)碼相機(jī)，而是可以被廣泛地用作諸如數(shù)碼視頻攝錄像機(jī)、合并相機(jī)的移動(dòng)電話和合并相機(jī)的PDA (個(gè)人數(shù)字助理)之類的數(shù)字輸入/輸出裝置的相機(jī)部分。[示例]接下來將描述根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭的具體數(shù)字示例。在下列表格和描述中所示的符號(hào)的意義和其他信息如下所示“i”表示第i個(gè)表面的編號(hào)而“i”從表示最接近物側(cè)的組件表面的I開始，在朝圖像側(cè)的方向上順序遞增。“ri”表示第i個(gè)表面的曲率半徑(mm)?！癲i”表示在第i個(gè)表面和第(i+Ι)個(gè)表面之間沿著光軸的距離(mm)?！皀i”表示在d光線(波長587. 6nm)處具有第i個(gè)表面的光學(xué)組件的材料的屈光率?！皏i”表示在d光線處具有第i個(gè)表面的光學(xué)組件的材料的阿貝數(shù)(abbe)。“Fno”表示f數(shù)。“f”表示整個(gè)系統(tǒng)的焦距?！唉亍北硎景胍暯恰！癲i”是“可變的”的場意味著表面間距離是可變的?！皉i”是“無窮遠(yuǎn)”的場意味著表面是平表面或者是光闌表面(Stop surface)。具有“ST0”的表面數(shù)表示光闌表面?！癐MG”表示圖像平面。用“ASP”標(biāo)記的表面是非球面表面，且非球面表面的形狀用下列表達(dá)式表示。在非球面系數(shù)數(shù)據(jù)中，符號(hào)“E”意味著后續(xù)數(shù)值是以10為底的“指數(shù)”，并意味著將使用底數(shù)10的指數(shù)函數(shù)所表達(dá)的數(shù)值乘以“E”之前的數(shù)值。例如，“I. 0E-05”表示“I. OX 10_5”。(非球面表面的表達(dá)式)
2 2
y · O X = η........11 ...................................................................................+ Σ Ai · Yi
1+(1-(1 +K) *y2 * c2)1,2其中，“x”表示從透鏡表面的頂點(diǎn)沿著光軸的距離；“y”表示垂直于光軸的方向上的高度；“c”表示在透鏡頂點(diǎn)的旁軸曲率；“K”表示圓錐常數(shù)；而“八1”表示第i個(gè)非球面系數(shù)。
根據(jù)下列數(shù)字示例的變焦鏡頭1-5的每個(gè)都事實(shí)上包括下列沿著光軸Zl從物側(cè)順序排列的五個(gè)透鏡組具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組G1、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2、具有正屈光力的第三透鏡組G3、具有正屈光力的第四透鏡組G4和具有正屈光力的第五透鏡組G5。在第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間而且在第三透鏡組G3的附近布置孔徑光闌St。在第五透鏡組G5(最后的透鏡組)和圖像平面Simg之間布置諸如蓋玻板之類的平板型光學(xué)部件GC。當(dāng)放大率從廣角端的放大率改變到遠(yuǎn)望端的放大率時(shí)，在從物側(cè)朝著圖像平面?zhèn)鹊姆较蛏弦苿?dòng)第二透鏡組G2并在從圖像平面?zhèn)瘸飩?cè)的方向上移動(dòng)第四透鏡組G4。[數(shù)字示例I]“表格I”到“表格4”示出對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖I中所示的第一示例性配置的變焦鏡頭I的具體鏡頭數(shù)據(jù)。特別是，“表格I”示出關(guān)于變焦鏡頭I的基本鏡頭數(shù)據(jù)，而“表格2”示出關(guān)于其非球面表面的數(shù)據(jù)。“表格3”和“表格4”示出其他數(shù)據(jù)。因?yàn)榕渲米兘圭R頭I從而當(dāng)放大率改變時(shí)移動(dòng)第二透鏡組G2和第四透鏡組G4，所以透鏡組G2和G4之前和之后的表 面間距離是可變的。“表格3”示出在廣角端、在對(duì)應(yīng)于中焦距的點(diǎn)和在遠(yuǎn)望端的可變表面間距離以及Fno、f和ω。“表格4”示出第一表面的表面數(shù)和每個(gè)透鏡組的焦距。在變焦鏡頭I中，第一透鏡組Gl包括從物側(cè)順序排列的負(fù)彎月形透鏡(第一透鏡L11)、以90°偏轉(zhuǎn)光軸Zl的棱鏡(反射部件LP)和在兩側(cè)都具有非球面表面的雙凸透鏡(第二透鏡L12)。第二透鏡組G2包括從物側(cè)順序排列的、在兩側(cè)都具有非球面表面的雙凹透鏡L21以及由雙凹透鏡L22和正透鏡L23組成的雙透鏡(doublet)。第三透鏡組G3僅包括在物側(cè)的具有非球面表面的雙凸透鏡L31。第四透鏡組G4包括雙透鏡，該雙透鏡由從物側(cè)順序排列的、在物側(cè)具有非球面表面的雙凸透鏡L41和負(fù)彎月形透鏡L42組成。第五透鏡組G5包括從物側(cè)順序排列的、雙凹透鏡L51、在兩側(cè)都具有非球面表面的雙凸透鏡L52和在物側(cè)具有非球面表面的雙凸透鏡L53。雙凹透鏡L51組成第一透鏡分組GF。雙凸透鏡L52和雙凸透鏡L53組成第二透鏡分組GR。表格I
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭包括 從物體存在的一側(cè)順序排列的 具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組； 具有負(fù)屈光力的第二透鏡組； 具有正屈光力的第三透鏡組； 具有正屈光力的第四透鏡組；和 具有正屈光力的第五透鏡組， 其中，通過移動(dòng)至少所述第二透鏡組和所述第四透鏡組進(jìn)行變焦操作， 所述第一透鏡組包括偏轉(zhuǎn)光路的反射部件， 所述第五透鏡組包括從物側(cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組和具有正屈光力的第二透鏡分組，以及 所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式 .1.5<1. 56(1).0. 1〈|F5/Ft|〈4(2) 其中3 5表示所述第五透鏡組的橫向放大率，F(xiàn)5表示所述第五透鏡組的焦距，而Ft表示在遠(yuǎn)望端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的變焦鏡頭， 其中，所述第一透鏡組包括從物側(cè)順序排列的第一透鏡、反射部件和具有正屈光力的第二透鏡，所述第一透鏡是具有負(fù)屈光力的單一透鏡，以及所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式Fw/G1R11<1. 0(3) 其中GlRl表示所述第一透鏡的物側(cè)表面的曲率半徑，而Fw表示在廣角端的所述整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的變焦鏡頭， 其中，由具有負(fù)屈光力的單一透鏡組成所述第一透鏡分組，且 所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式NdGF>l. 9(4) .0.6〈 I FGF/Fw I <2. 0 (5) 其中NdGF表不在d光線處的所述第一透鏡分組的屈光率，且FGF表不所述第一透鏡分組的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的變焦鏡頭， 其中，所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式.1.2<G1R2/G2R1<2. 0(6) 其中G1R2表示所述第一透鏡組中最接近成像一側(cè)的表面的曲率半徑，而G2R1表示所述第二透鏡組中最接近物側(cè)的表面的曲率半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的變焦鏡頭， 其中，所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式.0. 7< I Fl/(FwXFt)1/21 <1. 5(7) Dl/ {(Ft/Fw) X tan (co w)} <5. 0 (8)其中Fl表示所述第一透鏡組的焦距，Dl表示沿著光軸從所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的表面到所述反射部件的像側(cè)表面的距離，而表示在所述廣角端的視角。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的變焦鏡頭， 其中，所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式NdGDl. 9(9)NdPr>l. 9(10) 其中NdGl表不在d光線處的所述第一透鏡組中第一透鏡的屈光率，且NdPr表不在d光線處的所述反射部件的屈光率。
7.一種成像裝置，包括 變焦鏡頭；和 成像器件，其根據(jù)所述變焦鏡頭形成的光學(xué)圖像輸出捕獲信號(hào)， 其中，所述變焦鏡頭包括從物體存在一側(cè)順序排列的具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組、具有正屈光力的第四透鏡組和具有正屈光力的第五透鏡組， 通過移動(dòng)至少所述第二透鏡組和所述第四透鏡組進(jìn)行變焦操作， 所述第一透鏡組包括偏轉(zhuǎn)光路的反射部件， 所述第五透鏡組包括從物側(cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組和具有正屈光力的第二透鏡分組，以及 所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式 I.5<1. 56(1)0. 1〈|F5/Ft|〈4(2) 其中3 5表示所述第五透鏡組的橫向放大率，F(xiàn)5表示所述第五透鏡組的焦距，而Ft表示在遠(yuǎn)望端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的成像裝置， 進(jìn)一步包括信號(hào)處理器，其對(duì)于從捕獲信號(hào)產(chǎn)生的捕獲圖像進(jìn)行畸變校正。
全文摘要
變焦鏡頭和成像裝置。該變焦鏡頭包括從物體存在的一側(cè)順序排列的具有正屈光力并在變焦操作期間固定的第一透鏡組；具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；具有正屈光力的第四透鏡組；和具有正屈光力的第五透鏡組，其中，通過移動(dòng)至少所述第二透鏡組和所述第四透鏡組進(jìn)行變焦操作，所述第一透鏡組包括偏轉(zhuǎn)光路的反射部件，所述第五透鏡組包括從物側(cè)順序排列的具有負(fù)屈光力的第一透鏡分組和具有正屈光力的第二透鏡分組，以及所述變焦鏡頭滿足下列條件表達(dá)式。1.1<β5<1.56(1)0.1<|F5/Ft|<4(2)
文檔編號(hào)H04N5/225GK102967927SQ20121031975
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者黑田大介, 石田謙次 申請(qǐng)人:索尼公司