專利名稱：變焦鏡頭和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦鏡頭和成像裝置，特別涉及一種變焦鏡頭，該鏡頭具有亮度(brightness)約為2.8的F數(shù)，變焦比約為3倍，縮回時總長較短，適合數(shù)字照相機、視頻攝像機等，和使用這種變焦鏡頭的成像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，應(yīng)用固態(tài)圖像傳感器件的視頻攝像機和數(shù)字照相機已經(jīng)快速、廣泛地傳播開來，并且特別需要這種裝置具有高分辨率以及進一步小型化。專利文件1和專利文件2中公開了傳統(tǒng)技術(shù)的變焦鏡頭，其具有從物體側(cè)起依次為負、正、正型的變焦鏡頭結(jié)構(gòu)，第一透鏡組具有較少數(shù)量透鏡例如兩片凹透鏡和凸透鏡。
專利文件1日本專利公開No.2001-296475專利文件2日本專利公開No.2002-372667可是，因為使鏡頭小型化比較困難，所以運用這些傳統(tǒng)技術(shù)很難得到500萬像素級的變焦鏡頭，另外，在使成像裝置的圖像尺寸小型化的同時，很難滿足對高分辨率的需求。還有，由于追求鏡頭的小型化和高分辨率，由于第二透鏡組的透鏡片之間的偏心對聚焦性能產(chǎn)生的影響變大，因而很難提高可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述問題。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，變焦鏡頭從物體側(cè)起依次包括具有負折光力的第一透鏡組，當(dāng)變焦比改變時其可沿光軸來回移動；具有正折光力的第二透鏡組，當(dāng)變焦比從廣角端到遠攝端改變時其可沿光軸朝物體側(cè)移動；和具有正折光力的第三透鏡組，可沿光軸來回移動；其中第二透鏡組從物體側(cè)起包括光闌、一片在物體側(cè)為非球面的會聚透鏡、和粘合的三片透鏡。此外，在上述變焦鏡頭中，第一透鏡組包括朝向像面的表面為復(fù)合非球面的發(fā)散彎月形透鏡(凹凸透鏡)和會聚透鏡。另外，第三透鏡組包括一片至少朝物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡。本發(fā)明還涉及一種具有上述變焦鏡頭的成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在具有從物體側(cè)起依次為負、正、正型的第一到第三透鏡組的變焦鏡頭中，第二透鏡組能夠被配置成從物體側(cè)起依次具有光闌、一片至少朝物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡和粘合的三片透鏡，以使它能夠借助于具有非球面的那片會聚透鏡有效地進行像差校正。另外，與包含雙粘合透鏡和單透鏡的傳統(tǒng)變焦鏡頭相比，能提高三片透鏡的定位精度，在小型化的同時抑止偏心靈敏度的增大，從而形成組裝簡單的鏡頭系統(tǒng)。


圖1是說明本實施方案涉及的變焦鏡頭示意圖；圖2是表示第一實例涉及的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是第一實例涉及的變焦鏡頭在廣角端時的像差示意圖；圖4是第一實例涉及的變焦鏡頭在中焦距時的像差示意圖；圖5是第一實例涉及的變焦鏡頭在遠攝端時的像差示意圖；圖6是表示第一實例涉及的變焦鏡頭的具體參數(shù)表；圖7是表示第二實例涉及的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是第二實例涉及的變焦鏡頭在廣角端時的像差示意圖；圖9是第二實例涉及的變焦鏡頭在中焦距時的像差示意圖；圖10是第二實例涉及的變焦鏡頭在遠攝端時的像差示意圖；圖11是表示第二實例涉及的變焦鏡頭的具體參數(shù)表；圖12是表示在每個實例中與條件方程1～4相應(yīng)的舉例的數(shù)值表。
具體實施例方式
下面基于附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。圖1是說明本發(fā)明的變焦鏡頭的一個實施方案的示意圖。該變焦鏡頭主要用于成像裝置比如數(shù)字照相機。首先，描述本實施方案的變焦鏡頭。
本實施方案的變焦鏡頭從物體側(cè)起依次包括具有負折光力的第一透鏡組G1，當(dāng)變焦比改變時其可沿光軸來回移動；具有正折光力的第二透鏡組G2，當(dāng)變焦比從廣角端到遠攝端改變時其可沿光軸朝物體側(cè)移動；和具有正折光力的第三透鏡組G3，可沿光軸來回移動。
在該實施方案的這組變焦鏡頭中，第二透鏡組G2被配置成從物體側(cè)起包括光闌S、一片至少朝物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡L4、和粘合的三片透鏡L5、L6和L7。
另外，第一透鏡組G1被配置成包括在像平面?zhèn)葹閺?fù)合非球面的負彎月形透鏡L1和L2，和會聚透鏡L3。還有，第三透鏡組G3包括一片具有至少一個或多個非球面的會聚透鏡L8。此外又有，如果第三透鏡組G3的會聚透鏡L8滿足下述條件式，就能夠有更理想的變焦鏡頭。
n＞1.5和4.5＜v＜70...1n用于第三透鏡組的原始透鏡的玻璃原材料的D線折射率。
v用于第三透鏡組的原始透鏡的玻璃原材料的阿貝數(shù)。
現(xiàn)在，詳細描述本實施方案。當(dāng)變焦鏡頭的變焦比改變時，各個透鏡組按圖1中箭頭所示方向移動，可是，具有正折光力的第二透鏡組G2主要分擔(dān)大部分變焦比。在這種情況，通過從廣角端W到遠攝端T沿光軸來回移動負的第一透鏡組G1，并通過相對像平面IMG沿光軸來回移動正的第三透鏡組G3，來補償焦點的移動。
根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的第一透鏡組G1有大量的軸外主光線折射，特別在廣角端W，結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)大的像散和畸變像差。因此，根據(jù)本發(fā)明，將其設(shè)計成在凹透鏡前面具有一凹凸結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)鏡頭系統(tǒng)的小型化，和在負透鏡的像平面?zhèn)鹊臉渲乔蛎?，即，形成所謂的復(fù)合非球面。
通過在這部分設(shè)置這種復(fù)合非球面，能夠增加可選玻璃材料的類型，以及很好地補償像散和畸變像差，同時保持低成本的優(yōu)點。結(jié)果，第一透鏡組G1能夠被配置成具有兩片透鏡的簡單結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡系統(tǒng)整體小型化。
更特別地，當(dāng)通過使用紫外硬化技術(shù)的方法制造復(fù)合非球面透鏡時，用于第一透鏡組G1的玻璃材料要求對紫外線具有高透射率。例如，對于透射率特性來說，希望5％透射率的紫外線波長，即波長(λ5％)小于350nm。
λ5％＜350nm...2此外，在第二透鏡組G2的最靠近物體側(cè)設(shè)置的會聚透鏡L4(凸透鏡)中，理想的是至少在其物方側(cè)設(shè)置非球面。在變焦透鏡前面是負透鏡組的情況下，從第一透鏡組G1中出射的光通量變成發(fā)散的光通量，結(jié)果，最密的光通量有效地穿過位于光闌S附近的會聚透鏡L4，其中光闌S安置在第二透鏡組G2的最靠近物體側(cè)。因此，利用這里所述的非球面能夠有效地實現(xiàn)球差校正。此外，理想的是該會聚透鏡L4相對光闌S的一面是凸面。因為如果會聚透鏡L4具有凹面，則光通量進一步發(fā)散，這導(dǎo)致第二透鏡組G2的直徑增大。
此外，光闌S的位置位于在第二透鏡組G2的最靠近物體側(cè)的原因是，因為最好使成像裝置的入射角比較窄，所以光闌S最好遠離像平面IMG放置，以及，因為與光闌S位于第二透鏡組G2的透鏡之間的情況相比，從光闌S開始的物體側(cè)空間由透鏡組之間的間距分擔(dān)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。而且，通過使入瞳(incident pupil)的位置在靠近物體側(cè)的廣角端，可有效地抑止第一透鏡組G1的透鏡外徑增大。
在第二透鏡組G2中，三片透鏡(粘合的三片透鏡L5、L6和L7)設(shè)置在在前會聚透鏡L4(凸透鏡)的后面。在變焦鏡頭前面是負透鏡組的情況下，在第一透鏡組G1中，軸外光通量穿過光軸上方的較高位置，進入第二透鏡組G2中，然后穿過光闌S附近區(qū)域中較低位置。之后，軸外光通量又穿過較高位置，通過第二透鏡組G2到第三透鏡組G3，結(jié)果通過使用三片透鏡補償了各種像差。
對光軸上的光通量的像差校正由第二透鏡組G2中具有非球面的凸透鏡承擔(dān)，對軸外光通量的像差校正由第一透鏡組G1的復(fù)合非球面和第二透鏡組G2的三片透鏡承擔(dān)。可是，當(dāng)應(yīng)用三片透鏡進行像差校正時，如果光學(xué)系統(tǒng)試圖更小型化，則第二透鏡組必須分擔(dān)更多光焦度，因此，復(fù)合透鏡的偏心靈敏度不可避免地增大。因此，在本發(fā)明的實施方案中。利用粘合的三片透鏡L5、L6、L7進行測量，使用三片透鏡是為了吸收透鏡的機械安裝誤差。
第二透鏡組G2分擔(dān)的變焦比的比率最好滿足下列條件2.0＜(β2t·β3w)/(β2w·β3t)＜2.6...3β2w在廣角端時第二透鏡組的變焦比。
β3w在廣角端時第三透鏡組的變焦比。
β2t在遠攝端時第二透鏡組的變焦比。
β3t在遠攝端時第三透鏡組的變焦比。
條件式3限定了對于第二透鏡組G2和第三透鏡組G3的放大倍率比的分擔(dān)比例。如果分擔(dān)比超出條件式3的下限，第三透鏡組G3分擔(dān)相對更多的放大倍率以致于當(dāng)變焦比改變時，通過安裝僅僅配置一片透鏡的第三透鏡組G3難于吸收像差偏移。此外，當(dāng)依靠第三透鏡組G3實現(xiàn)對焦是不理想的，因為通過拉長透鏡，色差變得無法接受。
另一方面，當(dāng)?shù)诙哥R組G2的放大倍率的分擔(dān)比變大，超出條件式3的上限時，變焦比改變所必需的移動i增大，鏡頭不能小型化。當(dāng)變焦比改變時，按條件式3算出應(yīng)當(dāng)向第三透鏡組G3分配的放大倍率，能夠優(yōu)化第二透鏡組G2和第三透鏡組G3各自的折射率，簡單地進行像差校正。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭中，第三透鏡組G3由一片會聚透鏡8(凸透鏡)構(gòu)成，當(dāng)變焦比改變時通過沿光軸來回移動來校正由變焦比改變導(dǎo)致的像平面的錯位。這使用上面所述的一片透鏡配置，所以實際上縮短了可伸縮變焦鏡頭在縮回時所需的沿光軸長度，使對焦機構(gòu)簡化。
可是，如果第三透鏡組G3用一片透鏡形成，則難于校正在對焦時出現(xiàn)的放大倍率的色差和在上側(cè)(over side)出現(xiàn)的場曲。這產(chǎn)生新問題，要求使像差或場曲在合適的范圍內(nèi)。因此，在本發(fā)明的一個實施方案中，在第三透鏡組G3中的初始透鏡L8被配置成使其滿足條件式1。
此外，如果不滿足條件式1，阿貝數(shù)變小，很難通過拉長鏡頭以使放大的色差在許可值范圍以內(nèi)，特別在遠攝端對焦的情況下。
相反，如果不滿足條件式1，阿貝數(shù)變大，對于色差來說是理想的。但在這種情況下，由于可購到的玻璃材料的折射率較小，第三透鏡組G3的透鏡曲率半徑變小，特別是在遠攝端時的場曲明顯下降到下側(cè)(under side)，結(jié)果變得難于用其它透鏡組補償。此外，理想的是滿足條件式4。
2.2＜f3/fw＜3.0...4f3第三透鏡組G3的焦距。
fw在遠攝端時的焦距。
此外，如果第三透鏡組G3的焦距變大，超出條件式4的上限，則當(dāng)用第三透鏡組G3實現(xiàn)對焦時，用于對焦所必須的移動距離增加，結(jié)果變得不理想，因為像差變化在短距離內(nèi)增大。相反，當(dāng)焦距變短，低于條件式4的下限時，也是不理想的，因為這使特別是第一透鏡組變大，不利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。
現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明的實施方案，作為變焦鏡頭的數(shù)值舉例示出第一實例和第二實例。在每個實例中，用下面的方程式(1)表示非球面，其中沿光軸方向作為坐標(biāo)系的X軸，垂直于光軸的方向的高為H，二次曲線常數(shù)為K，曲率半徑為R，第四、第六、第八和第十非球面系數(shù)分別為A、B、C、D。
X=h2r1+1-(1+k)h2r2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10---(1)]]>在圖3～圖5中，F(xiàn)No指F數(shù)，ω指半視場角。另外，表示球差的曲線圖的垂直刻度為釋放F值，水平刻度為焦距，d線波長為587.6nm，g線波長為435.8nm。此外，表示像散的曲線圖的垂直刻度為像高，水平刻度為焦距，ΔS指弧矢像差(societal)，ΔM指成像子午面。另外，表示畸變的曲線圖的垂直刻度為像高，水平刻度為％。
此外，圖6中的表面序號是指圖2中從物體側(cè)數(shù)起的透鏡表面的序號。R指曲率半徑，D指透鏡表面間的距離，Nd指相對d線的折射率，vd表示阿貝數(shù)。另外，表示非球面的參數(shù)K、A、B、C、D對應(yīng)于方程式(1)中的各個參數(shù)。還有，在透鏡組間隔A1、B2、C3中，A1表示第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離(在透鏡表面S5和光闌S之間的距離)，B2表示第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離(在鏡頭表面S12和鏡頭表面S13之間的距離)，C3表示第三透鏡組和FL之間的距離(在鏡頭表面S14和濾色鏡表面S15之間的距離)。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，從物體側(cè)起依次包括具有負折光力的第一透鏡組，當(dāng)變焦比改變時，其可沿光軸來回移動；具有正折光力的第二透鏡組，當(dāng)變焦比從廣角端到遠攝端改變時，其可沿光軸朝物體側(cè)移動；和具有正折光力的第三透鏡組，可沿光軸來回移動；其中所述第二透鏡組從物體側(cè)起依次包括光闌；一片至少朝向物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡；和粘合的三片透鏡。
2.如權(quán)利要求1中所述的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡組包括在像平面?zhèn)鹊谋砻鏋閺?fù)合非球面的彎月形負透鏡；和會聚透鏡。
3.如權(quán)利要求1中所述的變焦鏡頭，其中所述第三透鏡組包括一片具有至少一個或多個非球面的會聚透鏡。
4.如權(quán)利要求3中所述的變焦鏡頭，其中第三透鏡組的會聚透鏡滿足下列條件n＞1.5和4.5＜v＜70，其中n是第三透鏡組的會聚透鏡的玻璃材料的d線折射率；和v是第三透鏡組的會聚透鏡的玻璃材料的阿貝數(shù)。
5.一種裝有變焦鏡頭的成像裝置，所述變焦鏡頭從物體側(cè)起依次包括具有負折光力的第一透鏡組，當(dāng)變焦比改變時，其可沿光軸來回移動；具有正折光力的第二透鏡組，當(dāng)變焦比從廣角端到遠攝端改變時，其可沿光軸朝物體側(cè)移動；和具有正折光力的第三透鏡組，可沿光軸來回移動；其中所述第二透鏡組從物體側(cè)起依次包括光闌；一片至少朝向物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡；和粘合的三片透鏡。
6.如權(quán)利要求5中所述的成像裝置，其中所述第一透鏡組包括在像平面?zhèn)鹊谋砻鏋閺?fù)合非球面的彎月形負透鏡；和會聚透鏡。
7.如權(quán)利要求5中所述的成像裝置，其中所述第三透鏡組包括一片具有至少一個或多個非球面的會聚透鏡。
8.如權(quán)利要求7中所述的成像裝置，其中第三透鏡組的會聚透鏡滿足下列條件n＞1.5和4.5＜v＜70，其中n是第三透鏡組的會聚透鏡的玻璃材料的d線折射率；和v是第三透鏡組的會聚透鏡的玻璃材料的阿貝數(shù)。
全文摘要
本文公開一種變焦鏡頭和成像裝置，該多焦鏡頭從物體側(cè)起依次包括第一透鏡組，具有負折光力的第一透鏡組，當(dāng)變焦比改變時，其可沿光軸來回移動，具有正折光力的第二透鏡組，當(dāng)變焦比從廣角端到遠攝端改變時，其可沿光軸朝物體側(cè)移動，和具有正折光力的第三透鏡組，可沿光軸來回移動。在這種變焦鏡頭中，第二透鏡組從物體側(cè)起包括光闌，一片至少朝向物體側(cè)的表面為非球面的會聚透鏡和粘合的三片透鏡。
文檔編號G02B15/177GK1550817SQ20041006397
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者安達宣幸 申請人:索尼株式會社