專利名稱：變焦透鏡和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊湊的變焦透鏡，其具有高變化率(variablerate)，并且非常適合于匹配在(adaptation in)數(shù)字輸入和輸出裝置的攝影光學(xué)系統(tǒng)中，所述數(shù)字輸入和輸出裝置如數(shù)字靜物照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及利用該變焦透鏡的圖像裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，利用固態(tài)圖像設(shè)備的成像裝置，如數(shù)字靜物照相機(jī)已經(jīng)是廣泛普及的。隨著這種數(shù)字靜物照相機(jī)的廣泛應(yīng)用，要求相對(duì)較高地圖像質(zhì)量。尤其是，尋找與具有大量像素的數(shù)字靜物照相機(jī)一起使用的攝影透鏡，特別是變焦透鏡，其具有與帶有大量像素的固態(tài)圖像設(shè)備對(duì)應(yīng)的高成像性能。此外，強(qiáng)烈要求緊湊性，尋找緊湊和高性能的變焦透鏡。此外，技術(shù)發(fā)展前進(jìn)到按照將棱鏡插在透鏡之間并使光學(xué)系統(tǒng)彎折的方式來(lái)提高沿光軸方向的緊湊性(例如參考日本未審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)8-248318和2003-43354)。
但是，在日本未審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)8-248318中公開(kāi)的光學(xué)系統(tǒng)中，按照將棱鏡用在正-負(fù)-正-正組的變焦型排列的一組中從而使光軸彎折來(lái)實(shí)現(xiàn)緊湊性。但是，由于將這些透鏡排列為與距離反射構(gòu)件相比其更接近物側(cè)，因此不能實(shí)現(xiàn)足夠的緊湊性。
在日本未審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2003-43354公開(kāi)的光學(xué)系統(tǒng)中，將負(fù)光焦度的棱鏡置于最接近物側(cè)，由此獲得彎折部分的緊湊性。但是，由于負(fù)引導(dǎo)型(minus lead type)的配置，光闌機(jī)構(gòu)很大并且該光闌機(jī)構(gòu)在變焦過(guò)程中沿光軸移動(dòng)，因此不能充分地實(shí)現(xiàn)對(duì)包括透鏡筒的那些元件的足夠緊湊性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決如上所述的問(wèn)題。更特別的是，本發(fā)明提供一種變焦透鏡，其包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，其中，在該多個(gè)透鏡組中，位于最接近物側(cè)的透鏡組具有正光焦度(refractivepower)并且是固定的，在該透鏡組中提供用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，并且該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的的棱鏡形成。此外，提供利用該變焦透鏡的成像裝置。
另外，本發(fā)明提供一種變焦透鏡，其包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，該變焦透鏡的特征在于將用于使光軸彎折的反射構(gòu)件布置在多個(gè)透鏡組的最接近物側(cè)的透鏡組中，該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成，孔徑位置在變焦過(guò)程中不變。此外，提供利用該變焦透鏡的成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使光學(xué)系統(tǒng)彎折，可以實(shí)現(xiàn)沿光軸方向的緊湊性，并且能夠形成(configure)光學(xué)特性極好的變焦透鏡。
因此，本發(fā)明能夠改進(jìn)成像性能并實(shí)現(xiàn)供例如攝像機(jī)和數(shù)字靜物照相機(jī)使用的變焦透鏡的緊湊性。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡位于短焦距位置的透鏡布置圖(configuration diagram)。
圖2是根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡位于短焦距位置的透鏡布置圖。
圖3是根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡位于短焦距位置的透鏡布置圖。
圖4示出根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡在短焦距位置的各種像差圖。
圖5示出根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡在中間焦距位置的各種像差圖。
圖6示出根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡在長(zhǎng)焦距位置的各種像差圖。
圖7示出根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡在短焦距位置的各種像差圖。
圖8示出根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡在中間焦距位置的各種像差圖。
圖9示出根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡在長(zhǎng)焦距位置的各種像差圖。
圖10示出根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡在短焦距位置的各種像差圖。
圖11示出根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡在中間焦距位置的各種像差圖。
圖12示出根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡在長(zhǎng)焦距位置的各種像差圖。
具體實(shí)施例方式
下面將要描述本發(fā)明的實(shí)施例和例子。實(shí)施例的特征在于，在變焦透鏡中，在具有正光焦度的一個(gè)固定透鏡組中包括用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，并且該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成。
更特別的是，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，其中，在該多個(gè)透鏡組中，位于最接近物側(cè)的透鏡組具有正光焦度并且是固定的，在該透鏡組中提供用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，并且該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成。在這種情況下，該反射構(gòu)件可布置在最接近物側(cè)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，其中，將用于使光軸彎折的反射構(gòu)件布置在該多個(gè)透鏡組的最接近物側(cè)的透鏡組中，該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成，中間孔徑位置在變焦過(guò)程中不變。在這種情況下，該反射構(gòu)件可布置在最接近物側(cè)。
優(yōu)選的是，在根據(jù)該實(shí)施例的變焦透鏡中，孔徑在變焦過(guò)程中不變。
另外，優(yōu)選的是，在根據(jù)該實(shí)施例的變焦透鏡中，該反射構(gòu)件由滿足條件表達(dá)式(1)的棱鏡形成
1.7＜Npd(條件表達(dá)式(1))
其中，
Npd＝形成該反射構(gòu)件的棱鏡的折射率。
條件表達(dá)式(1)規(guī)定了該反射構(gòu)件的折射率。在棱鏡的折射率小于或等于條件表達(dá)式(1)的下限的情況下，增大該棱鏡的折射率導(dǎo)致過(guò)度地增大入射面的曲率，從而例如難以校正畸變和像面并難以實(shí)現(xiàn)緊湊性。
另外，該棱鏡優(yōu)選滿足條件表達(dá)式(2)
1.8＜Npd(條件表達(dá)式(2))
其中，
Npd＝形成該反射構(gòu)件的棱鏡的折射率。
優(yōu)選的是，通過(guò)模塑來(lái)形成具有負(fù)光焦度的棱鏡。但是，該棱鏡可以通過(guò)將透鏡與棱鏡膠合來(lái)形成。此外，可以利用電信號(hào)的處理來(lái)校正畸變。
實(shí)施例
在下文將描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的布置圖。圖中的箭頭指出各個(gè)透鏡組在從廣角端位置到攝遠(yuǎn)(telescopic)端位置的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡被配置(configure)為從物側(cè)開(kāi)始依次是正的第一透鏡組GR1、負(fù)的第二透鏡組GR2、正的第三透鏡組GR3、正的第四透鏡組GR4和負(fù)的第五透鏡組GR5。第一透鏡組GR1包括具有負(fù)光焦度并用于使光軸彎折90°的棱鏡G1，和具有兩個(gè)非球面的正透鏡G2。
第二透鏡組GR2包括負(fù)透鏡G3以及由負(fù)透鏡G4和正透鏡G5構(gòu)成的膠合透鏡。第三透鏡組GR3包括具有兩個(gè)非球面的正透鏡G6。
第四透鏡組GR4由正透鏡G7和負(fù)透鏡G8構(gòu)成的膠合透鏡形成，該正透鏡G7具有位于物側(cè)的非球面。第五透鏡組GR5包括由負(fù)透鏡G9和正透鏡G10構(gòu)成的膠合透鏡，以及具有位于物側(cè)的非球面的正透鏡G11。
圖2示出根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡的布置圖。圖中的箭頭指出各個(gè)透鏡組在從廣角端位置到攝遠(yuǎn)端位置的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)開(kāi)始依次包括正的第一透鏡組GR1、負(fù)的第二透鏡組GR2、具有位于物側(cè)的非球面的正的第三透鏡組GR3、正的第四透鏡組GR4和負(fù)的第五透鏡組GR5。第一透鏡組GR1包括由棱鏡G1和直角棱鏡P構(gòu)成的膠合透鏡，以及具有兩個(gè)非球面的正透鏡G2，該棱鏡G1具有位于物側(cè)的非球面，該直角棱鏡P用于使光軸彎折90°。
第二透鏡組GR2包括負(fù)透鏡G3以及由負(fù)透鏡G4和正透鏡G5構(gòu)成的膠合透鏡。第三透鏡組GR3由具有兩個(gè)非球面的正透鏡G6形成。
第四透鏡組GR4包括由正透鏡G7和負(fù)透鏡G8構(gòu)成的膠合透鏡，該正透鏡G7具有位于物側(cè)的非球面。第五透鏡組GR5包括由負(fù)透鏡G9和正透鏡G10構(gòu)成的膠合透鏡，以及具有位于物側(cè)的非球面的正透鏡G11。
圖3示出根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡的布置圖。圖中的箭頭指出各個(gè)透鏡組在從廣角端位置到攝遠(yuǎn)端位置的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)開(kāi)始依次包括正的第一透鏡組GR1、負(fù)的第二透鏡組GR2、正的第三透鏡組GR3、正的第四透鏡組GR4和負(fù)的第五透鏡組GR5。第一透鏡組GRi由棱鏡G1和直角棱鏡P，以及具有兩個(gè)非球面的正透鏡G2形成(configure)，該棱鏡G1具有位于物側(cè)的非球面，該直角棱鏡P用于使光軸彎折90°。
第二透鏡組GR2包括負(fù)透鏡G3以及由負(fù)透鏡G4和正透鏡G5構(gòu)成的膠合透鏡。第三透鏡組GR3由具有兩個(gè)非球面的正透鏡G6形成。
第四透鏡組GR4由正透鏡G7和負(fù)透鏡G8構(gòu)成的膠合透鏡形成，該正透鏡G7具有位于物側(cè)的非球面。第五透鏡組GR5由負(fù)透鏡G9和正透鏡G10構(gòu)成的膠合透鏡，以及具有位于物側(cè)的非球面的正透鏡G11形成(configure)。
下面的表1至3示出根據(jù)第一至第三實(shí)施例的變焦透鏡的數(shù)據(jù)。
表1
FNo.＝3.60～3.88～4.44
f＝6.91～11.62～19.55
ω＝29.97～17.80～10.67
表2
FNo.＝3.60～3.86～4.36
f＝6.90～11.62～19.55
ω＝29.98～17.81～10.66
表3
FNo.＝3.60～3.83～4.35
f＝6.91～11.62～19.61
ω＝33.05～18.36～10.65
在每個(gè)表中，“Fno.”表示F數(shù)；“f”表示焦距；“ω”表示半視角；“R”表示曲率半徑，“d”表示透鏡間表面距離；“nd”表示相對(duì)于d線的折射率，以及“vd”表示阿貝數(shù)。另外，用“(ASP)”示出的每個(gè)表面都是非球面，非球面輪廓用下面的方程式來(lái)表示。
(方程式1)
其中，
x＝沿光軸方向與透鏡表面頂點(diǎn)的距離
y＝在與光軸垂直的方向上的高度
c＝透鏡頂點(diǎn)處的旁軸曲率(paraxial curvature)
ε＝圓錐常數(shù)
Ai＝第i階非球面系數(shù)
下面的表4顯示出結(jié)合第一至第三實(shí)施例示出和描述的變焦透鏡滿足條件表達(dá)式(1)的條件的各個(gè)數(shù)值。
表4
圖4至12分別示出根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡在短小焦距端位置的各種像差圖。圖4示出根據(jù)第一實(shí)施例在短焦距端位置的各種像差圖；圖5示出根據(jù)第一實(shí)施例在中間焦距端位置的各種像差圖；圖6示出根據(jù)第一實(shí)施例在長(zhǎng)焦距端位置的各種像差圖。圖7示出根據(jù)第二實(shí)施例在短焦距端位置的各種像差圖；圖8示出根據(jù)第二實(shí)施例在中間焦距端位置的各種像差圖；圖9示出根據(jù)第二實(shí)施例在長(zhǎng)焦距端位置的各種像差圖。圖10示出根據(jù)第三實(shí)施例在短焦距端位置的各種像差圖；圖11示出根據(jù)第三實(shí)施例在中間焦距端位置的各種像差圖；圖12示出根據(jù)第三實(shí)施例在長(zhǎng)焦距端位置的各種像差圖。
在各幅圖中，對(duì)于球差來(lái)說(shuō)，垂直軸代表相對(duì)公開(kāi)的F數(shù)的比率，水平軸代表散焦，實(shí)線是d線，虛線是c線，單點(diǎn)劃線是g線。對(duì)于像散來(lái)說(shuō)，垂直軸代表像高，水平軸代表焦點(diǎn)，實(shí)線代表弧矢像面，虛線代表子午像面。對(duì)于畸變像差來(lái)說(shuō)，垂直軸代表像高，水平軸代表畸變(％)。
如從表4顯而易見(jiàn)的，在根據(jù)第一至第三實(shí)施例的每一個(gè)變焦透鏡中，都滿足條件表達(dá)式(1)。另外，如從各個(gè)像差圖中顯而易見(jiàn)的，在廣角端位置、廣角端位置和攝遠(yuǎn)端位置之間的中間焦距位置，以及攝遠(yuǎn)端位置都對(duì)各種像差進(jìn)行了校正，使其達(dá)到良好的平衡。
盡管參考實(shí)施例和例子詳細(xì)地描述和示出了各個(gè)部分的形狀和結(jié)構(gòu)，但是其僅僅是用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)際例子，因此不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成為對(duì)本發(fā)明技術(shù)范圍的限制。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的變焦透鏡不僅可適合于諸如數(shù)字靜物照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的成像裝置，而且可適合于合并在例如移動(dòng)電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)中的成像功能部分。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，其包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，該變焦透鏡的特征在于，在該多個(gè)透鏡組中，位于最接近物側(cè)的透鏡組具有正光焦度并且是固定的，其中在該透鏡組中提供用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，并且該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的的棱鏡形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其特征在于該反射構(gòu)件布置在最接近物側(cè)。
3.一種變焦透鏡，其包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦，該變焦透鏡的特征在于將用于使光軸彎折的反射構(gòu)件布置在多個(gè)透鏡組的最接近物側(cè)的透鏡組中，其中該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成，中間孔徑位置在變焦過(guò)程中不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的變焦透鏡，其特征在于該反射構(gòu)件布置在最接近物側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的變焦透鏡，其特征在于該反射構(gòu)件由滿足條件表達(dá)式(1)的棱鏡形成
1.7＜Npd(條件表達(dá)式(1))
其中，
Npd＝形成該反射構(gòu)件的棱鏡的折射率。
6.一種成像裝置，具有包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦的變焦透鏡，以及用于將該變焦透鏡形成的光學(xué)像變?yōu)殡娦盘?hào)的成像設(shè)備，該成像裝置的特征在于，在該多個(gè)透鏡組中，位于最接近物側(cè)的透鏡組具有正光焦度并且是固定的，其中在該透鏡組中提供用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，并且該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的的棱鏡形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的成像裝置，其特征在于該反射構(gòu)件布置在最接近物側(cè)。
8.一種成像裝置，具有包括多個(gè)透鏡組并通過(guò)改變組間距離來(lái)進(jìn)行變焦的變焦透鏡，以及用于將該變焦透鏡形成的光學(xué)像變?yōu)殡娦盘?hào)的成像設(shè)備，該成像裝置的特征在于，將用于使光軸彎折的反射構(gòu)件布置在該多個(gè)透鏡組的最接近物側(cè)的透鏡組中，其中該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的棱鏡形成，中間孔徑位置在變焦過(guò)程中不變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的成像裝置，其特征在于該反射構(gòu)件布置在最接近物側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)的成像裝置，其特征在于該反射構(gòu)件由滿足條件表達(dá)式(1)的棱鏡形成
1.7＜Npd(條件表達(dá)式(1))
其中，
Npd＝形成該反射構(gòu)件的棱鏡的折射率。
全文摘要
提供一種變焦透鏡，其可以減小景深方向上的尺寸并且緊湊。該變焦透鏡包括多個(gè)透鏡組(GR1至GR5)，并通過(guò)改變組件距離來(lái)進(jìn)行變焦。在該多個(gè)透鏡組(GR1至GR5)中，位于最接近物側(cè)的第一透鏡組(GR1)具有正光焦度并且是固定的。在該第一透鏡組(GR1)中提供用于使光軸彎折的反射構(gòu)件，該反射構(gòu)件由具有負(fù)光焦度的直角棱鏡(P)形成。另外，提供利用該變焦透鏡的成像裝置。
文檔編號(hào)H04N5/225GK1849544SQ200480025810
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者巖澤嘉人 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社