專利名稱：變焦鏡頭和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及在鏡頭可更換的數(shù)字相機等的可更換鏡頭裝置中使用的變焦鏡頭、和包含這樣的變焦鏡頭的成像裝置。
背景技術(shù)：
對于鏡頭可更換數(shù)字相機系統(tǒng)的尺寸減小和便攜性改善的要求仍然較強。特別是近些年來，這些要求因為具有無反射鏡機構(gòu)的鏡頭可更換數(shù)字相機的主體的迅速普及而正在變得更強。通常，在無反射鏡的鏡頭可更換數(shù)字相機中，凸緣(flange)焦距短，并且，與現(xiàn)有的單鏡頭反射式相機相比，主體本身也被設(shè)計得小。因此，也需要透鏡具有進一步減小的尺寸，使得可以不破壞系統(tǒng)的便攜性。而且，近些年來，相對于具有移動圖像拍攝功能的鏡頭可更換數(shù)字相機的普及的 背景，需要適合于移動圖像拍攝的鏡頭。通常，在鏡頭可更換數(shù)字相機中，使用大尺寸成像元件，并且鏡頭的實際焦距長。因此，需要允許承受淺景深的的高度精確的聚焦。另外，也需要相機具有用于物體跟蹤的高速聚焦功能。為了實現(xiàn)它們，需要獲得在從廣角端到遠攝端的范圍內(nèi)的適當?shù)木劢轨`敏度、以及減小聚焦透鏡組的重量。作為被用作鏡頭可更換相機的可更換鏡頭的變焦鏡頭，其中至少三個透鏡組移動的多組變焦鏡頭在近些年來是主流。通常，該多組變焦鏡頭在像差校正方面有益，因為它具有在與放大率變化相關(guān)聯(lián)的各個透鏡組的相對位置上的改變的高度靈活性，并且容易允許性能增強。而且，通過將放大率變化作用分散到各個透鏡組，便利了實現(xiàn)高放大率和在放大率變化中各個組的移動量的減小。日本公開專利No.Hei 9-230238 (以下，專利文件I)提出了一種變焦鏡頭，其中，將具有正折射率的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有正折射率的第四透鏡組和具有負折射率的第五透鏡組從物側(cè)起按此順序布置。在這個變焦鏡頭中，在從廣角端到遠攝端的放大率變化中，至少第一透鏡組和第五透鏡組向物側(cè)移動，以使得在第一透鏡組和第二透鏡組之間的氣隙增大，在第二透鏡組和第三透鏡組之間的氣隙減小，并且在第四透鏡組和第五透鏡組之間的氣隙減小。而且，至少第四透鏡組移動以使得在第二透鏡組和第四透鏡組之間的軸上距離減小。另外，沿著光軸移動第四透鏡組以執(zhí)行在近處物體上的聚焦。日本公開專利No. Hei 8_43734 (以下，專利文件2)提出了一種變焦鏡頭，其從物側(cè)起按下述順序包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負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屈光力的第五透鏡組。在這個變焦鏡頭中，在從廣角端到遠攝端的放大率變化中，至少第一透鏡組和第五透鏡組向物側(cè)移動，以使得在第一透鏡組和第二透鏡組之間的氣隙增大，在第三透鏡組和第四透鏡組之間的氣隙增大，并且在第四透鏡組和第五透鏡組之間的氣隙減小。而且，在從廣角端到遠攝端的放大率變化中，第三透鏡組和第五透鏡組一體地移動。

發(fā)明內(nèi)容
在上述專利文件I和2中描述的變焦鏡頭是包括五個可移動組、并且便利于實現(xiàn)高放大率和性能增強的變焦鏡頭。而且，它們是容易允許在光軸方向上的透鏡鏡筒的尺寸減小的配置，因為可以通過將放大率變化作用分散到各個組來抑制各個組的移動量。而且，將正透鏡組用作最接近物側(cè)的第一透鏡組，并且將負透鏡組用作最接近像側(cè)的第五透鏡組，并且，減小整個系統(tǒng)的遠攝比率。由此，縮短光學(xué)系統(tǒng)的總長度。而且，上述的專利文件I提出了將接近孔徑光闌的第四透鏡組用作聚焦組，由此抑制聚焦組的透鏡直徑和重量，并且便利于其驅(qū)動系統(tǒng)的尺寸減小并且因此便利透鏡鏡筒的尺寸減小。另外，可以通過在從廣角端到遠攝端的范圍中適當?shù)卦O(shè)置第四透鏡組和第五透鏡組的橫向放大率來設(shè)置適合于移動圖像拍攝的聚焦靈敏度。然而，在上述專利文件I中描述的實施例示例中，作為聚焦組的第四透鏡組由至少兩個透鏡組成。在鏡頭可更換數(shù)字相機中使用的光學(xué)系統(tǒng)的單獨透鏡元件與用于小型相機和可攜式攝像機(video camcorder)的透鏡元件相比，通常具有更大的尺寸和更重的重·量。這也適用于聚焦組。如果聚焦組的重量重，則需要大的驅(qū)動力，因此，致動器的尺寸變大，這在透鏡鏡筒的尺寸減小上不利。而且，失去了在驅(qū)動上的靜默性，并且透鏡變?yōu)椴贿m合于移動圖像拍攝的透鏡。因此，在鏡頭可更換數(shù)字相機中使用的可更換鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中需要在聚焦組的重量上的進一步減小。而且，雖然在上述的專利文件I和2中描述的變焦鏡頭具有五個透鏡組并且是在高放大率和性能增強的實現(xiàn)上有益的配置，但是放大率變化的負擔被偏向第五透鏡組，并且在放大率變化中第五透鏡組的移動量很大。結(jié)果，在從廣角端狀態(tài)到遠攝端狀態(tài)的放大率變化中各個組的移動量大，并且難以在遠攝端縮短整個系統(tǒng)的總長度。另外，通常需要多級移動結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)這樣的光學(xué)系統(tǒng)，并且因此在徑向方向上尺寸增大。需要本公開提供具有適合于移動圖像拍攝的小尺寸輕量聚焦組的變焦鏡頭和成像裝置。根據(jù)本公開的實施例，提供了一種變焦鏡頭，包括被配置來具有正屈光力的第一透鏡組、被配置來具有負屈光力的第二透鏡組、被配置來具有正屈光力的第三透鏡組、被配置來具有正屈光力的第四透鏡組和被配置來具有負屈光力的第五透鏡組。所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組和所述第五透鏡組從物側(cè)起以此順序布置。各個透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動。所述第四透鏡組在光軸方向上移動，以校正與放大率變化相關(guān)聯(lián)的成像位置的變化，并且執(zhí)行與物距改變相關(guān)聯(lián)的成像位置的校正。滿足條件表達式(I)。O. 60<fl/(fw · ft)1/2<l. 10... (I)，其中fl :所述第一透鏡組的焦距fw :在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距ft :在遠攝端的整個系統(tǒng)的焦距根據(jù)本公開的另一個實施例，提供了一種成像裝置，包括變焦鏡頭和被配置來根據(jù)由所述變焦鏡頭形成的光學(xué)圖像來輸出成像信號的成像元件。由根據(jù)本公開的上述實施例的變焦鏡頭構(gòu)成所述變焦鏡頭。在根據(jù)本公開的實施例的變焦鏡頭或成像裝置中，所述第一至第五透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動，并且第四透鏡組作為聚焦組移動。根據(jù)本公開的實施例的變焦鏡頭或成像裝置，所述第四透鏡組被用作聚焦組，并且優(yōu)化各個透鏡組的配置。因此，可以實現(xiàn)適合于移動圖像拍攝的小尺寸輕量聚焦組。


圖I是示出根據(jù)本公開的一個實施例的變焦鏡頭的第一配置示例并且對應(yīng)于數(shù)值工作示例I的透鏡截面圖；圖2是示出變焦鏡頭的第二配置示例并且對應(yīng)于數(shù)值工作示例2的透鏡截面圖；圖3是示出變焦鏡頭的第三配置示例并且對應(yīng)于數(shù)值工作示例3的透鏡截面圖；
圖4A和4B是示出各個透鏡組在放大率變化中如何移動的說明圖；圖5是示出與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的像差的像差圖圖5A示出球面像差，圖5B示出像散，并且圖5C示出畸變；圖6是示出與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的像差的像差圖圖6A示出球面像差，圖6B示出像散，并且圖6C示出畸變；圖7是示出與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的像差的像差圖圖7A示出球面像差，圖7B示出像散，并且圖7C示出畸變；圖8是示出與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的像差的像差圖圖8A示出球面像差，圖8B示出像散，并且圖8C示出畸變；圖9是示出與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的像差的像差圖圖9A示出球面像差，圖9B示出像散，并且圖9C示出畸變；圖10是示出與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的像差的像差圖圖IOA示出球面像差，圖IOB示出像散，并且圖IOC示出畸變；圖11是示出與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的像差的像差圖圖IlA示出球面像差，圖IlB示出像散，并且圖IlC示出畸變；圖12是示出與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的像差的像差圖圖12A示出球面像差，圖12B示出像散，并且圖12C示出畸變；圖13是示出與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的像差的像差圖圖13A示出球面像差，圖13B示出像散，并且圖13C示出畸變；圖14A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的橫向像差的像差圖，并且圖14B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖15A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的橫向像差的像差圖，并且圖15B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖16A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例I對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的橫向像差的像差圖，并且圖16B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖17A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的橫向像差的像差圖，并且圖17B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖18A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的橫向像差的像差圖，并且圖18B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖19A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例2對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的橫向像差的像差圖，并且圖19B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖20A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在廣角端的橫向像差的像差圖，并且圖20B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；圖21A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在中間焦距狀態(tài)中的橫向像差的像差圖，并且圖21B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差·
圖22A是示出當不執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時、與數(shù)值工作示例3對應(yīng)的變焦鏡頭在遠攝端的橫向像差的像差圖，并且圖22B是示出當執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時的橫向像差的像差圖；以及圖23是示出成像裝置的一個配置示例的框圖。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細描述本公開的實施例。[透鏡配置]圖I示出根據(jù)本公開的一個實施例的變焦鏡頭的第一配置示例。該配置示例對應(yīng)于后述的數(shù)值工作示例I的透鏡配置。圖I對應(yīng)于在廣角端聚焦在無限遠的透鏡布置。類似地，圖2和圖3示出與后述的數(shù)值工作示例2和3的透鏡配置對應(yīng)的第二和第三配置示例的截面配置。在圖I至圖3中，符號Simg指示像面。符號di指示在光軸Zl上第i表面和第i+Ι表面之間的表面距離。僅對于與放大率變化相關(guān)聯(lián)地改變的部分的表面距離而示出這個符號di (例如，在圖I中的d5、dl0、dl6、dl8)。根據(jù)本實施例的變焦鏡頭實質(zhì)上由五個透鏡組組成。這五個透鏡組是沿著光軸Zl從物側(cè)起以下述順序布置的具有正屈光力的第一透鏡組G1、具有負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和具有負屈光力的第五透鏡組G5。優(yōu)選的是，將孔徑光闌St布置為與第三透鏡組G3接近且相鄰。作為具體配置示例，在根據(jù)第一和第三配置示例的變焦鏡頭I和3中，將孔徑光闌St布置為在第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間靠近第三透鏡組G3。在根據(jù)第二配置示例的變焦鏡頭2中，將孔徑光闌St布置為在第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間靠近第三透鏡組G3。在根據(jù)本實施例的變焦鏡頭中，如圖4A和4B中所示，各個透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動。順便提及，圖4A示出在廣角端的各個透鏡組的布置，并且圖4B示出在遠攝端的各個透鏡組的布置。而且，通過虛線來示出在放大率變化中各個透鏡組的移動的軌跡。如圖4A和4B中所不，在從廣角端到遠攝端的放大率變化中，在弟一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間的氣隙增大，并且在第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的氣隙減小。而且，至少第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5向物側(cè)單調(diào)地移動。另外，在光軸Zl的方向上移動第四透鏡組G4，以校正與放大率變化相關(guān)聯(lián)的成像位置的變化，并且執(zhí)行與物距改變相關(guān)聯(lián)的成像位置的校正。優(yōu)選的是，孔徑光闌St和第三透鏡組G3在放大率變化中一體地移動。而且，優(yōu)選的是，第三透鏡組G3和第五透鏡組G5在放大率變化中沿著光軸Zl —體地移動。根據(jù)本實施例的變焦鏡頭被配置使得滿足下面的條件表達式。O. 60<fl/(fw · ft)1/2<l. 10…(I)而且，優(yōu)選的是，因此選擇性地滿足下面的條件表達式。0〈 I f2 I / (fw · ft) 1/2〈0· 29…(2)O. 45<log (Z) [ β 2t/ β 2w] <0. 85…(3)在這些表達式中，各個參數(shù)被定義如下。f I :第一透鏡組Gl的焦距 f2 :第二透鏡組G2的焦距fw :在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距ft :在遠攝端的整個系統(tǒng)的焦距Z :放大率變化比率β 2w :第二透鏡組G2在廣角端的橫向放大率β 2t :第二透鏡組G2在遠攝端的橫向放大率在條件表達式(3 )中，Z是底，并且[β 2t/ β 2w]是反對數(shù)。優(yōu)選的是，第四透鏡組G4具有至少一個非球面表面。優(yōu)選的是，第四透鏡組G4由單個透鏡配置。作為具體配置示例，在根據(jù)第一和第三配置示例的變焦鏡頭I和3中，第四透鏡組G4由單個透鏡(雙凸透鏡L4)構(gòu)成。優(yōu)選的是，第五透鏡組G5由具有負屈光力的前組L51和具有正屈光力的后組L52從物側(cè)起以此順序組成，并且通過在垂直于光軸Zl的方向上移動前組L51來執(zhí)行圖像的模糊校正。優(yōu)選的是，前組L51具有至少一個非球面表面。優(yōu)選的是，前組L51由單個透鏡構(gòu)成。優(yōu)選的是，關(guān)于第五透鏡組G5而滿足下面的條件表達式。O. 53<f51/f5<l. O... (4)在這個表達式中，各個參數(shù)被定義如下。f51:前組L51的焦距f5 :第五透鏡組G5的焦距[操作和效果]下面將描述根據(jù)本實施例的變焦鏡頭的操作和效果。(聚焦組的重量減小)根據(jù)本實施例的變焦鏡頭是適合于移動圖像拍攝的透鏡系統(tǒng)。下面，將考慮如何減小聚焦組的重量以便提供更適合于移動圖像拍攝的變焦鏡頭系統(tǒng)。對于聚焦組的重量減小，作為第一條件，減小構(gòu)成聚焦組的透鏡的直徑。替代地，作為第二條件，減小構(gòu)成聚焦組的透鏡的數(shù)量。為了作為第一條件而減小構(gòu)成聚焦組的透鏡的直徑，減小通過聚焦組的光通量的直徑。因為這一點，所需的透鏡直徑減小，并且也可以減小保證邊緣厚度差所需的中心厚度，這有益于聚焦組的重量減小。作為第二條件，將描述用于減少構(gòu)成聚焦組的透鏡的數(shù)量的方法。通常，當構(gòu)成這個組的透鏡的數(shù)量增大時，在像差校正方面的靈活性增大，這是更有益的。相反，減少透鏡的數(shù)量使得難以保持良好的光學(xué)性能。具體地說，減少構(gòu)成在孔徑光闌附近布置的透鏡組的透鏡的數(shù)量使得增大了球面像差和彗差(球面像差和彗差根據(jù)瞳高而顯著地增大)，因此使得難以保持光學(xué)系統(tǒng)的良好成像性能。為了在上述前提下減少特定組的透鏡的數(shù)量，通過仍然減少通過這個組的光通量的直徑、并且減小通過的光束相對于光軸Zi的高度，來抑制所產(chǎn)生的像差的數(shù)量。因為上述原因，減小通過聚焦組的光通量的直徑使得聚焦組的重量減小，并且導(dǎo)致提供適合于移動圖像拍攝的聚焦組。(用于減小聚焦組的光通量直徑的方法)因此，將具體描述用于減小通過聚焦組的光通量的直徑的方法。實質(zhì)上由孔徑光闌直徑來確定通過光學(xué)系統(tǒng)的光通量的直徑。因此，如果減小孔徑光闌直徑，則自然地，作 為聚焦組的第四透鏡組G4的光束通過高度變小。然而，如果僅減小孔徑光闌直徑，則最大孔徑值變大，并且獲得所需的規(guī)格變得困難。為了在保持最大孔徑值的同時減小孔徑光闌直徑，配置被設(shè)計使得比孔徑光闌St更接近物體的正透鏡的屈光力被增強以在通過孔徑光闌之前很大程度地會聚(converge)光通量，使得入射瞳孔(pupil)直徑可能大于孔徑光闌直徑。在本實施例中的光學(xué)系統(tǒng)中，增強第一透鏡組Gl的正透鏡的屈光力。條件表達式(I)用于定義關(guān)于第一透鏡組Gl的焦距fl的適當范圍。如果焦距Π超過條件表達式(I)的上限，則第一透鏡組Gl的會聚作用是不夠的，并且不能充分地減小孔徑光闌直徑。因此，在第四透鏡組G4中產(chǎn)生的球面像差和彗差、以及聚焦中的圖像表面變化增大。如果焦距Π在條件表達式(I)的下限之下，則第一透鏡組Gl的屈光力太強。因此，在此組中的像差的產(chǎn)生量增加，并且難以保持良好的成像性能。而且，在組之間的偏心靈敏度變高，這在制造方面不利。另外，導(dǎo)致在遠離孔徑光闌St的透鏡的直徑增大，這在尺寸減小上不利。為了進一步減小尺寸，優(yōu)選的是，如通過下面的條件表達式(I)’所示，將條件表達式(I)的上限設(shè)置為1.04。O. 60〈fl/ (fw · ft) 1/2〈1· 04…(I) ’而且，為了減小聚焦透鏡組的重量，更優(yōu)選的是，如通過下面的條件表達式(I)”所示，將條件表達式(I)的上限設(shè)置為1.00。O. 60<fl/(fw · ft) 1/2〈1· 00…(I) ’ ’通過同時使用孔徑光闌St被布置得與第三透鏡組G3接近且相鄰、并且在放大率變化中與第三透鏡組G3 —體地移動的形式，可以將與第三透鏡組G3相鄰的第四透鏡組G4的透鏡直徑抑制為小直徑。而且，通過如上所述將孔徑光闌St布置得與第三透鏡組G3相鄰，使得光學(xué)系統(tǒng)以孔徑光闌為中心的對稱性良好，并且可以避免比孔徑光闌St更接近物側(cè)和像側(cè)的透鏡系統(tǒng)的尺寸增大。因此，該形式對于透鏡鏡筒的尺寸減小和透鏡重量減小是有效的。而且，通過將作為聚焦組的第四透鏡組G4與孔徑光闌St分離，減小第四透鏡組G4的可移動部分的重量，并且可以避免致動器的尺寸增大。因此，這在尺寸減小上也有益。如果根據(jù)條件表達式(I)來增強第一透鏡組Gl的正透鏡的屈光力，則由已經(jīng)通過第一透鏡組Gl的離軸光通量和光軸Zl形成的角度變大。因此，整個光學(xué)系統(tǒng)的透鏡直徑變大，或者變得難以保證相對照度。為了防止這一點，優(yōu)選的是，同時也增強第二透鏡組G2的負透鏡的屈光力，以減小由已經(jīng)通過第二透鏡組G2的離軸光通量和光軸Zl形成的角度。這可以避免離軸像差的產(chǎn)生、以及被布置得比孔徑光闌St更接近圖像的透鏡的直徑增大。條件表達式(2)用于定義關(guān)于第二透鏡組G2的焦距f2的適當范圍。如果焦距f2超過條件表達式(2)的上限，則第二透鏡組G2的屈光力相對于第一透鏡組Gl的屈光力是不夠的。因此，由已經(jīng)通過第二透鏡組G2的離軸光通量和光軸Zl形成的角度大，并且難以保持離軸性能。而且，導(dǎo)致比孔徑光闌St更接近圖像的透鏡的直徑增大，這在尺寸減小上不利。另外，聚焦組的尺寸和重量也變大。如果焦距f2在條件表達式(2)的下限之下，則第二透鏡組的屈光力太強。因此，在第二透鏡組中產(chǎn)生的像差量和在組之間的偏心靈敏度大，因此這不是優(yōu)選的。優(yōu)選的是，如通過下面的條件表達式(2)’所示，將條件表達式(2)的上限設(shè)置為O. 27，以便獲得更良好的離軸性能。0〈 I f2 I / (fw · ft) 1/2〈0· 27…⑵’ 而且，為了減小聚焦透鏡組的重量，更優(yōu)選的是，如通過下面的條件表達式(2)”所示，將條件表達式(2)的上限設(shè)置為O. 23。0〈 I f2 I / (fw · ft) 1/2〈0· 23…⑵’ ’(用于抑制放大率變化中的像差變化的方法和用于減小尺寸的方法)作為優(yōu)選實施例，通過使用非球面形狀作為構(gòu)成聚焦組的第四透鏡組G4的至少一個表面的形狀，可以良好地校正球面像差和彗差、以及與聚焦相關(guān)聯(lián)的圖像表面變化。這可以提供在所有變焦位置和在所有聚焦位置具有良好的成像性能的變焦鏡頭系統(tǒng)。作為更優(yōu)選的實施例，如果作為聚焦組的第四透鏡組G4由單個透鏡構(gòu)成，則可以提供最適合于移動圖像拍攝的極其輕量的聚焦組。條件表達式(3)用于定義關(guān)于第二透鏡組G2的放大率變化負擔的適當范圍。通過將第五透鏡組G5的放大率變化負擔分散至第二透鏡組G2并且減小與放大率變化相關(guān)聯(lián)的第五透鏡組G5的移動量，在放大率變化中各個組的移動量變小，并且可以使用單級移動結(jié)構(gòu)配置透鏡鏡筒。因此，便利了透鏡鏡筒的尺寸減小。如果此時第二透鏡組G2的屈光力被設(shè)置使得滿足條件表達式(2)，則第二透鏡組G2可以以小的移動量來獲得高的放大率變化比率，并且不排除尺寸減小。為了進一步的性能增強和尺寸減小，優(yōu)選的是，設(shè)置條件表達式(3)的數(shù)值范圍，如通過下面的條件表達式(3)’所示。O. 52<log (Z) [ β 2t/ β 2w]〈O. 75…(3) ’在根據(jù)本實施例的變焦鏡頭中，優(yōu)選的是，第三透鏡組G3和第五透鏡組G5在放大率變化中沿著光軸Zi —體地移動，以便避免因為使用多組變焦系統(tǒng)而導(dǎo)致的在透鏡鏡筒結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度增大。使用第三透鏡組G3和第五透鏡組G5在放大率變化中一體地移動的形式使得可以使用下述結(jié)構(gòu)其中，一體地配置第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5的凸輪圓柱(cam cylinder)，并且作為聚焦組的第四透鏡組G4在其中移動。結(jié)果，簡化了透鏡鏡筒結(jié)構(gòu)，并且便利了透鏡鏡筒的尺寸減小和成本降低。而且，可以以高的相對位置精度來裝配在組之間的相對偏心靈敏度趨向于高的這些透鏡組。該配置適合于近來的在透鏡中包含聚焦組的致動器的可更換鏡頭。(用于圖像穩(wěn)定化和模糊校正的方法)
在根據(jù)本實施例的變焦鏡頭中，可以通過下述方式來執(zhí)行對所拍攝的圖像的模糊校正將第五透鏡組G5從物側(cè)起按下述順序劃分為具有負屈光力的前組L51和具有正屈光力的后組L52,并且在垂直于光軸Zl的方向上移動前組L51。條件表達式(4)用于定義關(guān)于作為圖像穩(wěn)定化透鏡組的前組L51的屈光力的適當范圍。如果f51/f5超過條件表達式(4)的上限，則在前組L51的發(fā)散作用是不夠的。因此，為了在圖像表面處獲得期望的圖像高度，后焦變得冗余，并且降低透鏡鏡筒的緊湊度。因此，這不是優(yōu)選的。而且，圖像穩(wěn)定化透鏡組的直徑變大，并且導(dǎo)致用于驅(qū)動圖像穩(wěn)定化透鏡組的致動器的尺寸增大，這在透鏡鏡筒的尺寸減小上是不利的。因此，這不是優(yōu)選的。如果f51/f5在條件表達式(4)的下限之下，則前組L51的屈光力太強，并且難以使用小數(shù)量的透鏡來校正像差。因此，難以使用小數(shù)量的透鏡來構(gòu)成圖像穩(wěn)定化透鏡組。如果透鏡的數(shù)量增加，則用于驅(qū)動圖像穩(wěn)定化透鏡組的致動器的尺寸變大，這在透鏡鏡筒的尺寸減小上不利。因此，這不是優(yōu)選的。
為了在圖像穩(wěn)定化和透鏡鏡筒的尺寸減小中的良好成像性能，更優(yōu)選的是，設(shè)置條件表達式(4)的數(shù)值范圍，如通過下面的條件表達式(4)’所示。O. 6〈f51/f5〈0. 9…(4) ’作為優(yōu)選實施例，可以將非球面形狀用作構(gòu)成圖像穩(wěn)定化透鏡組的前組L51的至少一個表面的形狀。這可以提供一種變焦鏡頭，該變焦鏡頭在圖像穩(wěn)定化透鏡組與模糊校正相關(guān)聯(lián)地在光軸方向上移動時實現(xiàn)對像差變化量的抑制，并且在圖像穩(wěn)定化中也具有良好的成像性能。作為更優(yōu)選的實施例，如果作為圖像穩(wěn)定化透鏡組的前組L51由單個透鏡構(gòu)成，則可以實現(xiàn)極其輕量的圖像穩(wěn)定化透鏡組，并且便利了用于驅(qū)動圖像穩(wěn)定化透鏡組的致動器的尺寸減小。因此，可以提供小尺寸的變焦鏡頭。如上所述，本實施例可以提供下面的變焦鏡頭系統(tǒng)。具體地說，這個變焦鏡頭系統(tǒng)具有適合于移動圖像拍攝的聚焦組，并且在從聚焦在無限遠至聚焦在近處物體的每種情況下具有以小的放大率變化的良好成像性能。另外，該變焦鏡頭系統(tǒng)具有對所拍攝的圖像的模糊校正的功能，并且適合于尺寸減小。[對成像裝置的應(yīng)用示例]圖23示出被應(yīng)用根據(jù)本實施例的變焦鏡頭的成像裝置100的一個配置示例。該成像裝置100例如是數(shù)字照像機。中央處理單元(CPU)IlO執(zhí)行對整個裝置的整體控制，并且由在圖I中所示的變焦鏡頭I (或在圖2或圖3中所示的變焦鏡頭2或3)獲得的光學(xué)圖像被成像元件140轉(zhuǎn)換為電信號，然后它被發(fā)送到視頻分離電路150。作為成像元件140，使用例如電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的光電轉(zhuǎn)換元件。視頻分離電路150基于電信號產(chǎn)生聚焦控制信號，并且將其發(fā)送到CPU 110。另外，視頻分離電路150在隨后的階段向視頻處理電路(未示出)發(fā)送電信號中的與視頻部分對應(yīng)的視頻信號。視頻處理電路執(zhí)行向適合于隨后的處理的信號格式的轉(zhuǎn)換，并且經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號用于對于顯示部分的視頻顯示處理、對于預(yù)定記錄介質(zhì)的記錄處理、經(jīng)由預(yù)定通信接口的數(shù)據(jù)傳送處理，等
坐寸οCPU 110被從外部供應(yīng)聚焦操作等的操作信號，并且根據(jù)該操作信號來執(zhí)行各種處理。例如，當通過聚焦按鈕被供應(yīng)聚焦操作信號時，CPU 110使得驅(qū)動電機130經(jīng)由驅(qū)動器電路120操作，以便根據(jù)這個命令提供聚焦狀態(tài)。由此，成像裝置100的CPU 110根據(jù)聚焦操作信號，沿著光軸來移動聚焦透鏡組(第四透鏡組G4)。成像裝置100的CPU 110使得此時的聚焦透鏡組的位置信息被反饋到它，并且當下次經(jīng)由驅(qū)動電機130移動聚焦透鏡組時參考該位置信息。類似地，當被供應(yīng)變焦的操作信號時，CPU 110使得驅(qū)動電機130經(jīng)由驅(qū)動器電路120來操作。該成像裝置100也包括振動(shake)檢測器，用于檢測伴隨相機振動的裝置的振動。CPU 110基于從振動檢 測器輸出的信號來使得驅(qū)動電機130經(jīng)由驅(qū)動器電路120來操作。由此，CPU 110根據(jù)振動量在垂直于光軸Zl的方向上移動圖像穩(wěn)定化透鏡組(第五透鏡組G5的前組L51)。在上述實施例中，進行了關(guān)于將數(shù)字照像機用作成像裝置100的特定對象的情況的說明。然而，該特定對象不限于此，并且可以將其他各種電子設(shè)備用作成像裝置100的特定對象。例如，諸如鏡頭可更換數(shù)字相機、可攜式數(shù)字攝像機、其中包含可攜式數(shù)字攝像機等的蜂窩電話、以及個人數(shù)字助理(PDA)的其他各種電子設(shè)備可以被用作成像裝置100的特定對象。[工作示例]下面將描述根據(jù)本實施例的變焦鏡頭的具體數(shù)值工作示例。在下面的各個表和說明中所示的符號等的含義如下。“表面編號”指示第i表面的編號，該第i表面被給出該編號使得最接近物體的組成元件的表面被定義為第一表面，并且該編號向著像側(cè)依序增大。“Ri”表示第i表面的曲率半徑(mm)?！癲i”表示在第i表面和第i+Ι表面之間的光軸上的距離(mm)?！皀i”表示具有第i表面的光學(xué)元件的材料的相對于d射線(波長是587. 6nm)的折射率的值?！?v i”表不具有第i表面的光學(xué)兀件的材料的相對于d射線的阿貝數(shù)的值。而且，F(xiàn)no表示F數(shù)，f表示整個系統(tǒng)的焦距，ω表示半場角，并且Bf表示后焦(從最后的透鏡表面至像表面Simg的距離)。符號“ST0”指示光闌表面。表面編號被給出的表面是非球面表面。通過下面的表達式來表示非球面表面的形狀。在非球面系數(shù)的數(shù)據(jù)中，符號“Ε”指示在其后的數(shù)值是以10為底的“指數(shù)”，并且指示在“Ε”前面的數(shù)值乘以由以10為底的指數(shù)函數(shù)表示的數(shù)值。例如，“I. 0Ε-05” 表示“I. 0X10-5”。[表達式I]z(y) =-(伊-;-:-P-;-1-; + C4, y4 + Cft, / + C,, y8 + …
I + (I — (I + kJy/R")"在該表達式中，各個參數(shù)被定義如下。y :在垂直于光軸的方向上的高度z(y):在高度y距光軸方向上的透鏡表面頂點的距離R :在透鏡表面頂點處的近軸曲率半徑k:圓錐系數(shù)Ci:第i階非球面系數(shù)[數(shù)值工作示例I][表I]至[表3]示出與根據(jù)圖I中所示的第一配置示例的變焦鏡頭I對應(yīng)的具體透鏡數(shù)據(jù)。具體地說，[表I]示出其基本透鏡數(shù)據(jù)，并且[表2]示出與非球面表面相關(guān)的數(shù)據(jù)。[表3]示出其他數(shù)據(jù)。在這個變焦鏡頭I中，各個透鏡組與放大率變化相關(guān)聯(lián)地移動。因此，各個透鏡組的前和后的表面距離的值是可變的。在[表3]中示出這些可變表面距離的數(shù)據(jù)。在這個變焦鏡頭I中，第一透鏡組Gl由下述部分從物側(cè)起按下述順序構(gòu)成膠合透鏡L11，其由負彎月形透鏡和雙凸透鏡組成，該負彎月形透鏡具有面向物側(cè)的凸表面；以及正彎月形透鏡L12，其具有面向物側(cè)的凸表面。第二透鏡組G2由下述部分從物側(cè)起按下述順序構(gòu)成膠合透鏡L21，其由雙凹透鏡和正彎月形透鏡組成，該正彎月形透鏡具有面向物側(cè)的凸表面；以及負透鏡L22，其具有雙凹形狀。第三透鏡組G3由下述部分從物側(cè)起按下述順序構(gòu)成雙凸透鏡L31和膠合透鏡L32，膠合透鏡L32由雙凸透鏡和雙凹透鏡組成。第四透鏡組G4由兩個表面均具有非球面形狀的雙凸透鏡L4構(gòu)成。第五透鏡組G5由前組L51和后組L52從物側(cè)起按此順序構(gòu)成。前組L51是兩個表面均具有非球面形狀的雙凹透鏡。后組L52是膠合透鏡，其由雙凸透鏡和雙凹透鏡組成。在這個變焦鏡頭I中，在從無限遠的物體至近處物體的聚焦中，第四透鏡組G4向物側(cè)移動，并且第三透鏡組G3和第五透鏡組G5在放大率變化中在光軸方向上一體地移動?！た讖焦怅@St被布置在第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間，并且在放大率變化中與第三透鏡組G3 —體地移動。通過在垂直于光軸Zl的方向上移動第五透鏡組G5的前組L51來執(zhí)行對所拍攝的圖像的模糊校正。[表I]
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，包括 第一透鏡組，被配置為具有正屈光力； 第二透鏡組，被配置為具有負屈光力； 第三透鏡組，被配置為具有正屈光力； 第四透鏡組，被配置為具有正屈光力；以及 第五透鏡組，被配置為具有負屈光力，其中， 將所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組和所述第五透鏡組從物側(cè)起按此順序布置， 各個透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動， 所述第四透鏡組在光軸方向上移動，以校正與放大率變化相關(guān)聯(lián)的成像位置的變化，并且執(zhí)行與物距改變相關(guān)聯(lián)的成像位置的校正，并且滿足條件表達式(I):O. 60<fl/(fw · ft)1/2<l. 10··· (I)，其中Π :所述第一透鏡組的焦距fw :在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距ft :在遠攝端的整個系統(tǒng)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 與所述第三透鏡組接近和相鄰地布置孔徑光闌，并且 所述第三透鏡組和所述孔徑光闌在放大率變化中一體地移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 滿足條件表達式(2) 0〈 I f2 I / (fw · ft) 1/2〈0· 29... (2)，其中 f2 :所述第二透鏡組的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 所述第四透鏡組具有至少一個非球面表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 所述第四透鏡組由單個透鏡構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 滿足條件表達式(3)O. 45<log (Z) [ β 2t/ β 2w]〈O. 85... (3)，其中Z是底，并且[β 2t/ β 2w]是反對數(shù)Z :放大率變化比率 β 2w :所述第二透鏡組在廣角端的橫向放大率 β 2t :所述第二透鏡組在遠攝端的橫向放大率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 所述第三透鏡組和所述第五透鏡組在放大率變化中沿著光軸一體地移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其中 所述第五透鏡組由具有負屈光力的前組和具有正屈光力的后組從物側(cè)起按此順序構(gòu)成，并且，通過在與光軸垂直的方向上移動所述前組來執(zhí)行圖像的模糊校正，并且滿足條件表達式(4):O. 53<f51/f5<l. O··· (4)，其中 f51 :所述前組的焦距 f5 :所述第五透鏡組的焦距。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變焦鏡頭，其中 所述前組具有至少一個非球面表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變焦鏡頭，其中 所述前組由單個透鏡構(gòu)成。
11.一種成像裝置，包括 變焦鏡頭；以及 成像元件，其被配置來根據(jù)由所述變焦鏡頭形成的光學(xué)圖像來輸出成像信號，其中 在所述變焦鏡頭中， 將具有正屈光力的第一透鏡組、具有負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、以及具有負屈光力的第五透鏡組從物側(cè)起按此順序布置， 各個透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動， 所述第四透鏡組在光軸方向上移動，以校正與放大率變化相關(guān)聯(lián)的成像位置的變化，并且執(zhí)行與物距改變相關(guān)聯(lián)的成像位置的校正，并且滿足條件表達式(I):O. 60<fl/(fw · ft)1/2<l. 10... (I)，其中Π :所述第一透鏡組的焦距fw :在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距ft :在遠攝端的整個系統(tǒng)的焦距。
全文摘要
在此公開了一種變焦鏡頭，包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負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、以及具有負屈光力的第五透鏡組。各個透鏡組在從廣角端到遠攝端的放大率變化中移動。所述第四透鏡組在光軸方向上移動，以校正與放大率變化相關(guān)聯(lián)的成像位置的變化，并且執(zhí)行與物距改變相關(guān)聯(lián)的成像位置的校正。滿足條件表達式(1)0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中f1所述第一透鏡組的焦距fw在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距ft在遠攝端的整個系統(tǒng)的焦距。
文檔編號G02B15/173GK102914858SQ201210263019
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者丸山理樹 申請人:索尼公司