變焦鏡頭和成像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】[問題]提供一種具有高可變放大倍率同時能夠減小尺寸并增加性能的變焦鏡頭。[技術(shù)方案]變焦鏡頭從物體側(cè)順序地包括正的第一透鏡組(1G)、負(fù)的第二透鏡組(2G)、正的第三透鏡組(3G)、正的第四透鏡組(4G)和負(fù)的第五透鏡組(5G)。當(dāng)放大倍率從廣角端變化到長焦端時，在所有透鏡組相對于成像位置移動的同時，第一透鏡組(1G)與第二透鏡組(2G)之間的距離(δ12)始終增加，第二透鏡組(2G)與第三透鏡組(3G)之間的距離(δ23)始終減小，第三透鏡組(3G)與第四透鏡組(4G)之間的距離(δ34)始終減小，以及第四透鏡組(4G)與第五透鏡組(5G)之間的距離(δ45)變化。如果fw表示整個鏡頭系統(tǒng)在廣角端處的焦距，而f2表示第二透鏡組的焦距，則滿足公式(F)：-1.5＜fw/f2＜-0.5。
【專利說明】變焦鏡頭和成像設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在諸如數(shù)字照相機(jī)、攝影機(jī)、廣播用攝像機(jī)、監(jiān)視照相機(jī)等中使用的具有高可變放大倍率的變焦鏡頭和一種包括該變焦鏡頭的成像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)地，變焦鏡頭基本上包括從物體側(cè)順序布置的:具有正屈光力的第一透鏡；具有負(fù)屈光力的第二透鏡；具有正屈光力的第三透鏡；具有正屈光力的第四透鏡、和具有負(fù)屈光力的第五透鏡，并被已知為具有相對較大可變放大倍率的變焦鏡頭。具有這種透鏡結(jié)構(gòu)的變焦鏡頭被已知為適于同時實(shí)現(xiàn)高可變放大倍率和尺寸減小(參見專利文獻(xiàn)1、2和3)。
[0003][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0004][專利文獻(xiàn)I]
[0005]日本未審查專利公開N0.4(1992)-70707
[0006][專利文獻(xiàn)2]
[0007]日本未審查專利公開N0.9(1997)-197271
[0008][專利文獻(xiàn)3]
[0009]日本未審查專利公開N0.11(1999)-64728
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]近年來，需要一種為緊湊的但具有高可變放大倍率的變焦鏡頭，例如，具有超過12倍的高可變放大倍率但是仍然緊湊并且具有高性能的變焦鏡頭。
[0011]然而，傳統(tǒng)已知的緊湊且高性能變焦鏡頭(例如，專利文獻(xiàn)1-3中所公開的變焦鏡頭)具有小于10倍的可變放大倍率，并且不能具有高可變放大倍率。
[0012]鑒于上述情況已經(jīng)形成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種具有高可變放大倍率但仍然是緊湊的并能夠具有高性能的變焦鏡頭和一種包括該變焦鏡頭的成像設(shè)備。
[0013]本發(fā)明的變焦鏡頭基本上包括:
[0014]具有正屈光力的第一透鏡組；
[0015]具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；
[0016]具有正屈光力的第三透鏡組；
[0017]具有正屈光力的第四透鏡組；和
[0018]具有負(fù)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變焦鏡頭的物體側(cè)順序地布置，
[0019]其中當(dāng)放大倍率從廣角端變化到長焦端時，在所有透鏡組相對于成像位置移動的同時，第一透鏡組與第二透鏡組之間的距離始終增加，第二透鏡組與第三透鏡組之間的距離始終減小，第三透鏡組與第四透鏡組之間的距離始終減小，以及第四透鏡組與第五透鏡組之間的距離變化，[0020]其中滿足以下公式(F):
[0021]-1.5 < fw/f2 < -0.5 (F)
[0022]fw是整個鏡頭系統(tǒng)在廣角端處的焦距；以及f2是第二透鏡組的焦距。
[0023]理想的是變焦鏡頭滿足公式(F' ):-l.2 < fw/f2 < -1.0。
[0024]理想的是當(dāng)焦點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)側(cè)移動到近側(cè)并聚焦時，僅第五透鏡組朝向圖像側(cè)移動。
[0025]理想的是變焦鏡頭滿足公式(C):-0.6 < 1- ( β 5T)2 < -2.5，并且更理想地滿足公式(C' ):-5.5<1-(β5Τ)2<-2.9，其中β5Τ是當(dāng)在長焦端處聚焦在無窮遠(yuǎn)處時第五透鏡組的成像放大倍率。
[0026]本發(fā)明的成像設(shè)備配備有本發(fā)明的變焦鏡頭。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的設(shè)備基本上包括:
[0028]具有正屈光力的第一透鏡組；
[0029]具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；
[0030]具有正屈光力的第三透鏡組；
[0031]具有正屈光力的第四透鏡組；和
[0032]具有負(fù)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變焦鏡頭的物體側(cè)順序地布置，
[0033]其中當(dāng)放大倍率從廣角端變化到長焦端時，第一透鏡組與第二透鏡組之間的距離始終增加，第二透鏡組與第三透鏡組之間的距離始終減小，第三透鏡組與第四透鏡組之間的距離始終減小，以及第四透鏡組與第五透鏡組之間的距離變化，使得每一個透鏡組都相對于成像位置移動，
[0034]其中滿足以下公式(F):-1.5 < fw/f2 < -0.5。這能夠使變焦鏡頭能夠具有高可變放大倍率，但仍然是緊湊的并且能夠具有高性能。
[0035]因此，例如，可以獲得在超過75°的廣角端處具有全視場角(即，大視場角)并進(jìn)一步具有超過12倍的高可變放大倍率但仍然是緊湊的并能夠具有高性能的變焦鏡頭。
[0036]公式(F)調(diào)節(jié)整個透鏡系統(tǒng)在廣角端處的焦距與第二透鏡組的焦距的比值。如果變焦鏡頭被構(gòu)造成使得匕/%的值低于由公式(F)限定的下限，則第二透鏡組的負(fù)屈光力將過度增加，這將導(dǎo)致周邊圖像的像場曲率變大的問題。進(jìn)一步地，當(dāng)放大倍率改變時難以保持光學(xué)性能的問題也會出現(xiàn)。如果變焦鏡頭被構(gòu)造成使得匕/%的值超過由公式(F)限定的上限，則第二透鏡組的負(fù)屈光力將被過度減小，這將增加當(dāng)放大倍率改變時第一透鏡組的移動量。這將導(dǎo)致第一透鏡組的透鏡的外徑和光學(xué)系統(tǒng)的總長度在長焦端變大的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)和包括該變焦鏡頭的成像設(shè)備的示意性剖視圖；
[0038]圖2A是顯示示例I的變焦鏡頭的剖視圖；
[0039]圖2B是顯示示例I的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端的情況和所述變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端的情況中的每一種的剖視圖；
[0040]圖3A是顯示示例2的變焦鏡頭的剖視圖；[0041]圖3B是顯示示例2的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端的情況和所述變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端的情況中的每一種的剖視圖；
[0042]圖4A是顯示示例3的變焦鏡頭的剖視圖；
[0043]圖4B是顯示示例3的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端的情況和所述變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端的情況中的每一種的剖視圖；
[0044]圖5A是顯示示例4的變焦鏡頭的剖視圖；
[0045]圖5B是顯示示例4的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端的情況和所述變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端的情況中的每一種的剖視圖；
[0046]圖6A是顯示示例5的變焦鏡頭的剖視圖；
[0047]圖6B是顯示示例5的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端的情況和所述變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端的情況中的每一種的剖視圖；
[0048]圖7是不例I的崎變圖；
[0049]圖8是不例2的崎變圖；
[0050]圖9是示例3的畸變圖；
[0051]圖10是示例4的畸變圖；以及
[0052]圖11是示例5的畸變圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]在下文中，以下將參照附圖描述本發(fā)明的變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的成像設(shè)備。
[0054]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)和包括該變焦鏡頭的成像設(shè)備的示意性剖視圖。
[0055]如圖所示的變焦鏡頭100具有高可變放大倍率，但仍然是緊湊的并且能夠具有高性能。配備有該變焦鏡頭100的成像設(shè)備200用作數(shù)字靜止相機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視相機(jī)等。
[0056]變焦鏡頭100從物體側(cè)(圖的-Z側(cè))順序地包括:具有正屈光力的第一透鏡組1G、具有負(fù)屈光力的第二透鏡組2G、具有正屈光力的第三透鏡組3G、具有正屈光力的第四透鏡組4G和具有負(fù)屈光力的第五透鏡組5G。
[0057]當(dāng)從廣角端變焦到長焦端(連續(xù)改變放大倍率)時，在所有透鏡組1G-5G相對于作為變焦鏡頭100的成像位置的成像表面Mk移動的同時，變焦鏡頭100始終增加第一透鏡組IG與第二透鏡組2G之間的距離δ 12、始終減小第二透鏡組2G與第三透鏡組3G之間的距離S 23、始終減小第三透鏡組3G與第四透鏡組4G之間的距離δ 34、以及改變第四透鏡組4G與第五透鏡組5G之間的距離δ 45。變焦鏡頭被構(gòu)造成滿足公式(F):-1.5 < fw/f2< -0.5，其中fw是整個鏡頭系統(tǒng)在廣角端處的焦距，而f2是第二透鏡組的焦距。
[0058]這樣，變焦鏡頭100的基本結(jié)構(gòu)如上所述。
[0059]理想的是變焦鏡頭100滿足公式(F' ):-l.2 < fv/f2 < -1.0。
[0060]理想的是當(dāng)變焦鏡頭100的焦點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)側(cè)移動到近側(cè)并聚焦時，僅第五透鏡組朝向圖像側(cè)移動。這能夠使聚焦組(第五鏡頭組5G)實(shí)現(xiàn)尺寸和重量減小，從而減小聚焦機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)并實(shí)現(xiàn)高速聚焦。
[0061]進(jìn)一步地，理想的是變焦鏡頭100滿足公式(C):-0.6< 1-(β5Τ)2< -2.5，并且更理想地滿足公式(C' ):-5.5<1-(051)2<-2.9，其中β5Τ是當(dāng)在長焦端聚焦在無窮遠(yuǎn)處時第五透鏡組5G的成像放大倍率。
[0062]公式(C)調(diào)節(jié)在第五透鏡組5G中在長焦端處聚焦在無窮遠(yuǎn)處時圖像移動相對于焦點(diǎn)移動的敏感度。如果變焦鏡頭100被構(gòu)造成使得1-(β 5Τ)2的值低于由公式(C)限定的下限，則在長焦端處第五透鏡組5G的圖像移動相對于焦點(diǎn)移動的敏感度將被過度增加，這將導(dǎo)致第五透鏡組5G的用于獲得最好聚焦點(diǎn)的幅度移動的量被過度減小。因此，將會發(fā)生變得難以執(zhí)行聚焦控制(例如，第五透鏡組5G的焦點(diǎn)移動被暫停)的問題。如果變焦鏡頭100被構(gòu)造成使得1_(β5Τ)2的值超過由公式(C)限定的上限，則第五透鏡組5G的圖像移動相對于焦點(diǎn)移動的敏感度將在長焦端處是可接受的，但是在廣角端處的敏感度被過度降低。這將導(dǎo)致第五透鏡組5G的用于獲得最好聚焦點(diǎn)的幅度移動的量被過度增加。因此，例如，將會發(fā)生在焦點(diǎn)位移時由聚焦機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的異常噪聲的問題。
[0063]圖1中所示的成像設(shè)備200包括變焦鏡頭100和成像元件210,所述成像元件210由對通過變焦鏡頭100形成的光學(xué)圖像Hk (表示對象H的光學(xué)圖像)進(jìn)行成像的(XD、CM0S等構(gòu)成。成像元件210的成像表面211是成像鏡頭100的成像位置(成像表面Mk)。
[0064]在這種情況下，光學(xué)構(gòu)件Dg設(shè)置在最靠近圖像側(cè)透鏡(如由圖1的變焦鏡頭100中的項(xiàng)Se表示)與成像表面211之間。
[0065]可以采用各種光學(xué)構(gòu)件作為光學(xué)構(gòu)件Dg，這取決于配備有成像鏡頭100的成像設(shè)備200的結(jié)構(gòu)。例如，可以設(shè)置對應(yīng)于成像表面保護(hù)玻璃罩、紅外線切除濾光器、ND濾光器等的單個或多個構(gòu)件。
[0066]在下文中，將具體地參照圖2A、2B-6A、6B、7_11等描述本發(fā)明的變焦鏡頭的示例1-5。
[0067]示例1-5的每一個變焦鏡頭滿足變焦鏡頭100的結(jié)構(gòu)并包括以下組件。
[0068]示例1-5的每一個變焦鏡頭包括由三個透鏡構(gòu)成的第一透鏡組、由14G個數(shù)量的透鏡構(gòu)成的第二透鏡組2G、由五個透鏡構(gòu)成的第三透鏡組3G、由三個透鏡構(gòu)成的第四透鏡組4G和由兩個透鏡構(gòu)成的第五透鏡組5G。
[0069]在第一透鏡組IG中，第一組第一透鏡L1、第一組第二透鏡L2和第一組第三透鏡L3從物體側(cè)順序地布置。
[0070]進(jìn)一步地，在第二透鏡組2G中，第二透鏡組第一透鏡L4、第二透鏡組第二透鏡L5、第二透鏡組第三透鏡L6和第二透鏡組第四透鏡L7從物體側(cè)順序地布置。
[0071]進(jìn)一步地，在第三透鏡組3G中，第三透鏡組第一透鏡L8、第三透鏡組第二透鏡L9、第三透鏡組第三透鏡L10、第三透鏡組第四透鏡LI I和第三透鏡組第五透鏡L12從物體側(cè)順序地布置。
[0072]在第四透鏡組4G中，第四透鏡組第一透鏡L13、第四透鏡組第二透鏡L14和第四透鏡組第三透鏡L15從物體側(cè)順序地布置。
[0073]進(jìn)一步地，在第五透鏡組5G中，第五組第一透鏡L16和第五組第二透鏡L17從物體側(cè)順序地布置。
[0074]由如上所述的五個透鏡構(gòu)成的第三透鏡組3G被構(gòu)造成具有最靠近物體側(cè)布置的三個透鏡(具有正屈光力的第三a透鏡組3aG)和最靠近圖像側(cè)布置的兩個透鏡(第三b透鏡組3bG)。第三b透鏡組3bG被構(gòu)造成可在垂直于光軸(XY平面延伸的方向)的方向上移動，這能夠使相機(jī)震動校正功能工作。
[0075]在這種情況下，第三a透鏡組3aG由第三組第一透鏡L8、第三組第二透鏡L9和第三組第三透鏡LlO構(gòu)成，而第三b透鏡組3bG由第三組第四透鏡Lll和第三組第五透鏡L12構(gòu)成。
[0076]孔徑光闌St設(shè)置在第二透鏡組2G與第三透鏡組3G之間，并被設(shè)計(jì)成在改變放大倍率時與第三透鏡組3G —體地沿光軸方向Zl移動。
[0077]< 示例 1>
[0078]圖2A和2B示出了示例I的變焦鏡頭。圖2A是顯示示例I的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖。圖2B示出了其中在上部處示例I的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到廣角端(如由圖中的“廣角端”所示)的狀態(tài)和其中在下部處示例I的變焦鏡頭的變焦設(shè)置被設(shè)定到長焦端(如由圖中的“長焦端”所示)的狀態(tài)。進(jìn)一步地，箭頭表示分別當(dāng)放大倍率從廣角端變化到長焦端時透鏡組的移動路徑。
[0079]在示例I的變焦鏡頭的第五透鏡組5G中，兩個透鏡(即，負(fù)透鏡和正透)從物體側(cè)順序地布置。
[0080]進(jìn)一步地，隨后所述的表1顯示了與示例I的變焦鏡頭有關(guān)的各種數(shù)據(jù)。表1A的上部顯示透鏡數(shù)據(jù)，中部顯示變焦鏡頭的示意性規(guī)格，而底部顯示每一個透鏡組的焦距。
[0081]在表1A的上部處的透鏡數(shù)據(jù)中，表面編號i表示第i(i=l、2、3......)個個透鏡
表面等，并且編號從最靠近物體側(cè)朝向圖像側(cè)序列地增加?？讖焦怅@St和光學(xué)構(gòu)件Dg也被列在這些透鏡數(shù)據(jù)中。
[0082]曲率半徑Ri表示第i(i=l、2、3......)個表面的曲率半徑。表面之間的距離
Di (i=l、2、3......)表示第i個表面與第(i+1)個表面之間在光軸Zl上的距離。透鏡數(shù)據(jù)
中的項(xiàng)Ri和項(xiàng)Di對應(yīng)于表示透鏡表面等的項(xiàng)Si (i=l、2、3......)。
[0083]在表面(i=l、2、3......)之間的距離Di的列中，存在列出了表示表面之間的距離
的數(shù)字值的情況和列出了 Dm(m是整數(shù))的情況。項(xiàng)Dm中的數(shù)字對應(yīng)于表面之間的距離(空間距離)、透鏡組之間的距離，并且表面之間的距離(空間距離)基于可變放大倍率(變焦放大倍率)而改變。
[0084]進(jìn)一步地,項(xiàng)Nj表示第j (j=l、2、3......)個光學(xué)元件相對于587.6nm波長(d線)
的折射率，并且所示數(shù)字從物體側(cè)朝向圖像側(cè)序列地增加。項(xiàng)Vj表示第j個光學(xué)元件基于d線的阿貝數(shù)。
[0085]在表1A的透鏡數(shù)據(jù)中，曲率半徑和表面之間的距離的單位是毫米。當(dāng)凸面面向物體側(cè)時，曲率半徑為正，而當(dāng)凸面面向圖像側(cè)時，曲率半徑為負(fù)。
[0086]如上所述的光學(xué)系統(tǒng)在諸如透鏡等的光學(xué)元件的尺寸成比例地增加或減小的任一情況下整體能夠保持預(yù)定性能水平，因此其中整個透鏡數(shù)據(jù)的數(shù)字成比例增加或減小的變焦鏡頭也可以是與本發(fā)明有關(guān)的示例。
[0087]表1A的中部表示廣角端(WIDE)、可變放大倍率的中間(MID)和長焦端(TELE)的每一個值，即透鏡組之間的距離:D5、D13、D23、D28和D32 ；f:整個透鏡系統(tǒng)的焦距(每一個值的單位為毫米)；?110:?數(shù)；和2?:整個視場角(單位為“?！?。 [0088]進(jìn)一步地，表1A的底部表示每一組的焦距。在這種情況下，f::第一透鏡組IG的焦距，f2:第二透鏡組2G的焦距，f3:第三透鏡組3G的焦距，f4:第四透鏡組4G的焦距，f5:第五透鏡組5G的焦距，f3a:第三a透鏡組3aG的焦距，和f3b:第三b透鏡組3bG的焦距。
[0089]表1A中描述的術(shù)語“第三b組(OIS) ”(0IS:光學(xué)圖像穩(wěn)定性)表示能夠通過允許第三b透鏡組3bG在垂直于光軸的方向(在XY平面延伸的方向)上移動來實(shí)現(xiàn)照相機(jī)震動校正功能的性能。
[0090][表1A]
【權(quán)利要求】
1.一種變焦鏡頭，基本上包括: 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，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變焦鏡頭的物體側(cè)順序地布置， 其中當(dāng)放大倍率從廣角端變化到長焦端時，在所有透鏡組相對于成像位置移動的同時，第一透鏡組與第二透鏡組之間的距離始終增加，第二透鏡組與第三透鏡組之間的距離始終減小，第三透鏡組與第四透鏡組之間的距離始終減小，以及第四透鏡組與第五透鏡組之間的距離變化， 其中滿足以下公式(F): -1.5 < fw/f2 < -0.5 (F)，其中 fw是整個鏡頭系統(tǒng)在廣角端處的焦距；以及 f2是第二透鏡組的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中滿足以下公式(F'):
-1.2 < fw/f2 < -1.0 (F')。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變焦鏡頭，其中當(dāng)焦點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)側(cè)移動到近側(cè)并聚焦時，僅第五透鏡組朝向圖像側(cè)移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其中滿足以下公式(C): -0.6 < 1-(β5Τ)2 < -2.5 (C)，其中 β 5Τ:當(dāng)在長焦端處聚焦在無窮遠(yuǎn)處時第五透鏡組的成像放大倍率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦鏡頭，其中滿足以下公式(C'):
-5.5 < 1-(β 5T)2 < -2.9 (C')。
6.—種成像設(shè)備,包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的變焦鏡頭。
【文檔編號】G02B15/20GK103649809SQ201280030499
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月21日
【發(fā)明者】田中剛, 長倫生 申請人:富士膠片株式會社