CN100380162C - 变焦镜头和成像装置 - Google Patents

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CN100380162C CNB2004800012041A CN200480001204A CN100380162C CN 100380162 C CN100380162 C CN 100380162C CN B2004800012041 A CNB2004800012041 A CN B2004800012041A CN 200480001204 A CN200480001204 A CN 200480001204A CN 100380162 C CN100380162 C CN 100380162C
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Abstract

所公开的是在深度方向上厚度和尺寸减小的变焦镜头。本发明的变焦镜头由多个透镜组组成(GR1至GR5)，以使它变化光焦度以响应透镜组之间间隔的变化。所述透镜组还有棱镜G2以弯折通过透镜组(GR1至GR5)的光轴。尾透镜组G5(从物侧计数)由之间插入有空气间隔的负透镜组和正透镜组(从物侧顺序排列)组成。本发明也提供装备有将所述变焦镜头形成的光学像转换为电信号的成像单元的成像装置。

Description

变焦镜头和成像装置
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头以及装备了它的成像装置，由于它紧凑的尺寸和可变光焦度，所述变焦镜头适合数字输入输出装置的成像光学系统，例如数码照相机及数码视频照相机。
背景技术
近年，已经目睹了成像装置的广泛传播，例如装备有固态成像单元的数码照相机。随着数码照相机变得比以前更加普及，要求它们有改进的图像质量。特别地，装备有固态成像单元有大量象素的这些数码照相机需要成像镜头，特别是有好的成像性能的变焦镜头。也需要它们尺寸小，所以对小尺寸高性能的变焦镜头有强烈的需求。(见日本专利2750775[专利文献1])。另一方面，在透镜间插入棱镜通过弯折光学系统在光轴的方向上减小变焦镜头的尺寸的尝试在进行。(见日本专利特开平248318-1996号公报[专利文献2])。
在银盐胶片的传统物镜快门照相机的情况下，对于在物侧有正的折射率和在像侧有负的折射率的光学系统，插入棱镜是减小透镜直径和长度(或减小整个镜头尺寸)的十分有效的方法。不幸的是，因为微透镜出瞳接近像面并排列在固态成像单元前，所以不允许微透镜充分展示它们的聚光性能。问题是从像的中央到像的边缘，像的亮度极端地变化。
因为光学系统采用的是负透镜组作为光焦度受限的尾透镜组，在装备有固态成像单元(公开在专利文献1中)的光学系统中，小型化的目的不能充分地获得。在专利文献2公开的光学系统中，通过在正-负-正-正变焦类型插入棱镜弯折光轴，被设计为在光轴方向减小尺寸，因为光学系统采用尺寸大的反射构件和前透镜，小型化的目的也不能无分地获得。
发明内容
本发明是为解决上述问题而完成的。因此，本发明针对变焦镜头以及装备了它的成像装置。变焦镜头包括以可变间隔排列的多个透镜组并因此能光焦度变化。而且，它包括弯折光轴的反射构件，且它的透镜组的特征在于，尾透镜组(从物侧计数)由之间插入有空气层的负透镜组和正透镜组组成，从物侧顺序地排列它们。
另外，本发明针对变焦镜头以及装备了它的成像装置。变焦镜头包括以可变间隔排列的多个透镜组并因此能光焦度变化。而且，它具有透镜组，其特征在于，尾透镜组(从物侧计数)有负的折射率，并由之间插入有空气层的负透镜组和正透镜组组成，从物侧顺序地排列它们。
本发明的优点是，能小型化整个透镜系统，且能远离像面放置入瞳位置，这导致变焦镜头以及装备了它的成像装置的尺寸减小和厚度减小
附图说明
图1是显示第一个实施例中的变焦镜头的透镜排列图，其调节到短焦距的末位置。
图2是显示第二个实施例中的变焦镜头的透镜排列图，其调节到短焦距的末位置。
图3是显示第三个实施例中的变焦镜头的透镜排列图，其调节到短焦距的末位置。
图4是显示第四个实施例中的变焦镜头的透镜排列图，其调节到短焦距的末位置。
图5A～5C是显示当调节到短焦距的末位置时，第一实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图6A～6C是显示当调节到中焦距的位置时，第一实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图7A～7C是显示当调节到长焦距的末位置时，第一实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图8A～8C是显示当调节到短焦距的末位置时，第二实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图9A～9C是显示当调节到中焦距位置时，第二实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图10A～10C是显示当调节到长焦距的末位置时，第二实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图11A～11C是显示当调节到短焦距的末位置时，第三实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图12A～12C是显示当调节到中焦距位置时，第三实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图13A～13C是显示当调节到长焦距的末位置时，第三实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图14A～14C是显示当调节到短焦距的末位置时，第四实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图15A～15C是显示当调节到中焦距位置时，第四实施例的变焦镜头经历的像差的图。
图16A～16C是显示当调节到长焦距的末位置时，第四实施例的变焦镜头经历的像差的图。
具体实施方式
通过参考本发明的优选实施例，将对本发明做更详细描述。在实施例中举例说明的变焦镜头是紧凑的，打算供成像装置使用，例如视频照相机和数码照相机。本发明包括具有多个透镜组并变化光焦度以响应透镜组之间间隔的变化的类型的变焦镜头，其包括反射构件，以弯折通过透镜组以及由之间插入有空气层的负透镜组和正透镜组组成(从物侧顺序地排列它们)的尾透镜组(从物侧计数)的光轴。本发明也包括装备有成像单元的成像装置，成像单元将变焦镜头形成的光学像转换为电信号。
按照本实施例的变焦镜头，应该优选地构成透镜组，以使第一透镜组(从物侧计数)是固定的并包括所述的反射构件。而且，在按照本实施例的变焦镜头中，应该优选地构成透镜组，以使尾透镜组(从物侧计数)有负的折射率。
在按照本实施例的变焦镜头中，尾透镜组的负透镜组应最好满足由下列不等式(1)限定的条件。
0.9＜|fa/fw|＜1.25
其中fa表示尾透镜组中的负透镜组的焦距，且fw表示广角端的焦距。
上面给的不等式(1)限定尾透镜组中负透镜组的焦距。如果焦距小于不等式(1)的下限，那么校正边缘慧差和放大色差将是困难的。如果焦距大于不等式(1)的上限，那么负透镜组有弱的光焦度，这妨碍小型化。
在按照本发明的变焦镜头可由多个透镜组单独组成，省略掉上面提到的反射构件。随便提及，在使用棱镜作为反射构件以弯折光轴的情况下，理想的是选择由高折射率的玻璃制造的棱镜。
(实施例)
下面给出的是本发明的实施例的说明。图1是显示第一个实施例中的变焦镜头的透镜排列的图。图中的箭头代表轨迹，沿着该轨迹移动，透镜组从广角位置到远角位置。第一个实施例中的变焦镜头由第一透镜组GR1(正的)、第二透镜组GR2(负的)、第三透镜组GR3(正的)、第四透镜组GR4(正的)和第五透镜组GR5(负的)组成，它们从物侧顺序排列。第一透镜组GR1由负透镜G1、将光轴弯折90度的直角棱镜G2、以及两侧为非球面的正透镜G3组成。
第二透镜组GR2由接合在一起的负透镜G4、负透镜G5和正透镜G6组成。第三透镜组GR3是两侧为非球面的正透镜G7。第四透镜组GR4由接合在一起的在物侧具有非球面的正透镜G8和负透镜G9组成。第五透镜组GR5由接合在一起的负透镜G10和正透镜G11、以及正透镜G12组成。随便提及，“LPF”表示滤光器、“CG”表示盖玻片、以及“IMG”表示成像单元的受光面。
图2是显示第二个实施例中的变焦镜头的透镜排列的图。图中的箭头代表轨迹，沿着该轨迹移动，透镜组从广角位置到远角位置。第二个实施例中的变焦镜头由第一透镜组GR1(正的)、第二透镜组GR2(负的)、第三透镜组GR3(正的)、第四透镜组GR4(正的)和第五透镜组GR5(负的)组成，它们从物侧顺序排列。第一透镜组GR1由负透镜G1、将光轴弯折90度的直角棱镜G2、以及两侧为非球面的正透镜G3组成。
第二透镜组GR2由接合在一起的负透镜G4、负透镜G5和正透镜G6组成。第三透镜组GR3是两侧为非球面的正透镜G7。第四透镜组GR4由两侧为非球面的正透镜G8和负透镜G9组成。第五透镜组GR5由负透镜G10和正透镜G11组成。随便提及，“LPF”表示滤光器、“CG”表示盖玻片、以及“IMG”表示成像单元的受光面。
图3是显示第三个实施例中的变焦镜头的透镜排列的图。图中的箭头代表轨迹，沿着该轨迹移动，透镜组从广角位置到远角位置。第三个实施例中的变焦镜头由第一透镜组GR1(正的)、第二透镜组GR2(负的)、第三透镜组GR3(正的)、第四透镜组GR4(正的)和第五透镜组GR5(负的)组成，它们从物侧顺序排列。第一透镜组GR1由负透镜G1、将光轴弯折90度的直角棱镜G2、以及在两侧为非球面的正透镜G3组成。
第二透镜组GR2由接合在一起的负透镜G4、负透镜G5和正透镜G6组成。第三透镜组GR3是两侧为非球面的正透镜G7。第四透镜组GR4由接合在一起的在物侧具有非球面的正透镜G8和负透镜G9组成。第五透镜组GR5由接合在一起的负透镜G10和正透镜G11、以及正透镜G12组成。随便提及，“LPF”表示滤光器、“CG”表示盖玻片、以及“IMG”表示成像单元的受光面。
图4是显示第四个实施例中的变焦镜头的透镜排列的图。图中的箭头代表轨迹，沿着该轨迹移动，透镜组从广角位置到远角位置。第四个实施例中的变焦镜头由第一透镜组GR1(正的)、第二透镜组GR2(负的)、第三透镜组GR3(正的)、第四透镜组GR4(正的)和第五透镜组GR5(负的)组成，其从物侧顺序排列。第一透镜组GR1由负透镜G1、将光轴弯折90度的直角棱镜G2、以及在两侧为非球面的正透镜G3组成。
第二透镜组GR2由接合在一起的负透镜G4、负透镜G5和正透镜G6组成。第三透镜组GR3是两侧为非球面的正透镜G7。第四透镜组GR4由接合在一起的在物侧具有非球面的正透镜G8和负透镜G9组成。第五透镜组GR5由接合在一起的负透镜G10和正透镜G11、以及在物侧具有非球面的正透镜G12组成。随便提及，“LPF”表示滤光器、“CG”表示盖玻片、以及“IMG”表示成像单元的受光面。
下面的表1至4显示实施例一至四中的变焦镜头的规格。
表1
FNo.＝3.60～3.82～4.33
f＝6.88～11.75～20.13
ω＝30.15～17.69～10.41
  面No.   R   d   nd   vd
  1：2：3：4：5：6：7：8：9：10：11：12：13：14：15：16：17：18：19：20：21：22：23：24：25：26：   24.31411.460无穷无穷13.444(ASP)-32.214(ASP)45.6836.670-8.7568.33877.39113.396(ASP)-22.669(ASP)光圈9.726(ASP)-6.016-10.574-3257.3754.8867.98312.428-102.036无穷无穷无穷无穷   0.6501.70610.4000.3002.0410.600～3.953～6.3480.5000.9620.4501.1006.248～2.894～0.5001.3421.0006.143～4.137～2.0022.0580.5501.500～3.506～5.6410.5001.2004.9291.7102.2001.7001.1200.500   1.922861.846661.768021.835001.835001.922861.806111.583131.846661.846661.497001.846661.516801.51680   20.88423.78549.30042.98442.98420.88440.73459.46023.78523.78581.60823.78564.19864.198
  面No.   ε   A<sup>4</sup>   A<sup>6</sup>   A<sup>8</sup>   A<sup>10</sup>
  56121315   11111   -0.840224E-04-0.411280E-04-0.102097E-030.410092E-04-0.353645E-03   0.108789E-050.235427E-05-0.939322E-050.430239E-050.199877E-04   -0.274452E-07-0.102904E-060.172600E-05-0.207652E-06-0.290779E-05   -0.276900E-08-0.104317E-08-0.985871E-07-0.229518E-090.160608E-06
表2
FNo.＝3.60～3.91～4.56
f＝6.91～11.60～19.52
ω＝29.96～17.97～10.74
  面No.   R   d   nd   vd
  1：2：3：4：5：6：7：8：9：10：11：12：13：14：15：16：17：18：19：20：21：22：23：24：25：26：   25.3698.327无穷无穷15.439(ASP)-19.755(ASP)17.2897.267-9.65711.00358.74815.059(ASP)-55.971(ASP)光圈10.414(ASP)-8.132(ASP)-8.821-16.182-109.2597.00411.199-14.147无穷无穷无穷无穷   0.6501.7808.0000.3002.2240.500～4.375～7.1410.5001.0920.4501.1007.180～3.305～0.5391.4501.0006.607～4.519～2.0492.2000.3830.5502.324～4.412～6.8920.5801.3003.0005.5001.7001.1200.500   1.922861.835001.768021.835001.804201.922861.806111.583131.846661.846661.487491.516801.51680   20.88442.98449.30042.98446.50320.88440.73459.46023.78523.78570.44164.19864.198
  面No.   ε   A<sup>4</sup>   A<sup>6</sup>   A<sup>8</sup>   A<sup>10</sup>
  5612131516   111111   -0.927469E-04-0.675780E-04-0.621787E-050.124983E-03-0.223643E-030.129992E-03   0.261903E-050.360001E-050.998207E-050.925746E-05-0.514160E-050.119792E-05   -0.132821E-06-0.178921E-06-0.792395E-06-0.600970E-06-0.521675E-06-0.172572E-05   0.309627E-080.415484E-080.440588E-070.377290E-07-0.135921E-06-0.531183E-07
表3
FNo.＝3.60～3.80～4.36
f＝6.88～11.76～19.78
ω＝30.17～17.74～10.58
  面No.   R   d   nd   vd
  1：2：3：4：5：6：7：8：9：10：11：12：13：14：15：16：17：18：19：20：21：22：23：24：25：26：   29.59611.833无穷无穷13.176(ASP)-32.361(ASP)39.7837.129-9.3706.69929.16511.505(ASP)-10.840(ASP)光圈10.125(ASP)-8.255-14.464-103.5374.6748.68111.886-76.923无穷无穷无穷无穷   0.8001.55010.3400.3002.0010.600～4.048～6.3070.5000.8910.4501.1356.207～2.759～0.5001.5551.0007.415～4.719～2.0481.8810.5401.513～4.209～6.8800.5001.2532.9081.5972.5531.7001.1200.500   1.922861.846661.768021.835001.835001.922861.583131.583131.846661.846661.487491.846661.516801.51680   20.88423.78549.30042.98442.98420.88459.46059.46023.78523.78570.44123.78564.19864.198
  面No.   ε   A<sup>4</sup>   A<sup>6</sup>   A<sup>8</sup>   A<sup>10</sup>
  56121315   11111   -0.113945E-03-0.747724E-04-0.624370E-03-0.267344E-03-0.319893E-03   0.180324E-050.483239E-05-0.916356E-04-0.588310E-040.408341E-04   0.387819E-07-0.123687E-060.895972E-050.421433E-05-0.678945E-05   -0.501495E-08-0.191289E-08-0.104621E-05-0.697018E-060.378621E-06
表4
FNo.＝3.60～3.81～4.25
f＝6.83～11.68～19.54
ω＝30.24～17.80～10.72
  面No.   R   d   nd   vd
  1：2：3：4：5：6：7：8：9：10：11：12：13：14：15：16：17：18：19：20：21：22：23：24：25：26：   26.82410.61012.806(ASP)-22.355(ASP)160.0987.112-10.0468.690167.31710.470(ASP)-20.925(ASP)光圈10.551(ASP)-8.678-15.262290.0564.27412.1169.938(ASP)42.003无穷无穷无穷无穷   0.8001.69210.0400.3002.2470.600～4.166～6.6490.5000.8630.4501.1236.549～2.982～0.5001.4681.0006.676～4.289～2.0161.7780.5001.632～4.019～6.2910.5001.6163.3001.5002.2501.0001.1200.500   1.922861.835001.693501.835001.835001.922861.693501.583131.846661.846661.487491.821211.516801.51680   20.88442.98453.20142.98442.98420.88453.20159.46023.78523.78570.44124.06064.19864.198
  面No.   ε   A<sup>4</sup>   A<sup>6</sup>   A<sup>8</sup>   A<sup>10</sup>
  5612131521   111111   -0.568516E-040.344007E-04-0.221211E-040.258952E-03-0.229359E-03-0.546399E-04   0.306406E-050.318929E-050.203278E-040.279247E-040.645370E-050.123335E-05   -0.204971E-06-0.244248E-06-0.141299E-05-0.237181E-05-0.122235E-050.268354E-06   0.288123E-080.430250E-080.205676E-060.270745E-060.620922E-07-0.737017E-08
上述表中符号的意思如下。
F No.表示F编号，
f表示焦距，
ω表示半场角，
R表示曲率半径，
d表示一个透镜面到下一个的间隔，
nd表示对d线的折射率，
vd表示阿贝数。
ASP表示非球面，
由下式限定非球面的形状。
x = y 2 &CenterDot; c 2 1 + 1 - &epsiv; &CenterDot; y 2 &CenterDot; c 2 + &Sigma; A i &CenterDot; Y i
其中
x：在光轴上测得的距透镜面顶点的距离
y：与光轴垂直方向测得的高度
c：在透镜顶点测得的近轴曲率
ε：圆锥常数
Ai：第i次的非球面系数
下面的表5显示上面所给的不等式(1)中的fa/fw的值，可适用于实施例一至四中的每一个。
表5
 不等式(1)   实施例一   实施例二   实施例三   实施例四
 fa/fw   1.045   1.113   0.988   1.157
图5A～16C显示在实施例中观察到的像差。
图5A～5C是实施例一中的像差的图，变焦镜头调节到短焦距的末端位置。
图6A～6C是实施例一中的像差的图，变焦镜头调节到中焦距的位置。
图7A～7C是实施例一中的像差的图，变焦镜头调节到长焦距的末位置。
图8A～8C是实施例二中的像差的图，变焦镜头调节到短焦距的末位置。
图9A～9C是实施例二中的像差的图，变焦镜头调节到中焦距的位置。
图10A～10C是实施例二中的像差的图，变焦镜头调节到长焦距的末位置。
图11A～11C是实施例三中的像差的图，变焦镜头调节到短焦距的末位置。
图12A～12C是实施例三中的像差的图，变焦镜头调节到中焦距的位置。
图13A～13C是实施例三中的像差的图，变焦镜头调节到长焦距的末位置。
图14A～14C是实施例四中的像差的图，变焦镜头调节到短焦距的末位置。
图15A～15C是实施例四中的像差的图，变焦镜头调节到中焦距的位置。
图16A～16C是实施例四中的像差的图，变焦镜头调节到长焦距的末位置。
在显示球面像差的图中，纵坐标代表对开放F值的比率，横坐标代表散焦，且实线、虚线和点划线分别代表d-线、c-线和g-线的球面像差。在显示球面像散的图中，纵坐标代表像高且横坐标代表聚焦，实线和虚线分别代表弧矢像面(sagittal image surface)和子午像面(meridional image surface)。在显示图像失真的图中，纵坐标代表像高且横坐标代表失真(％)。
如表5所示，按照第一至第四实施例的变焦镜头满足不等式(1)。如实施例中像差的每一个图所示，适当地校正变焦镜头调节到广角端位置、中间位置(广角端位置和远端位置之间)和远端位置的每一个像差。
前述的说明是关于本发明的公开的一些优选的实施例，意思是作为优选的实施例所示的所用实物的配置和结构，应当解释为说明性的而不是限制性的。
因此，本发明有助于视频照相机和数码照相机所用的变焦镜头的提高(成像性能)和小型化。
工业上的应用性
属于本发明的变焦镜头不仅可适用于如数码照相机和数码视频照相机的成像装置，而且也适用于组装在移动电话、个人计算机和PDA(个人数字助理)中的其他成像装置。

Claims (8)

1.一种有多个透镜组并变化光焦度以响应所述透镜组之间间隔变化的类型的变焦镜头，其包括弯折通过所述多个透镜组的光轴的反射构件以及由之间插入空气层的从物侧顺序排列的负透镜组和正透镜组组成的从物侧计数的尾透镜组，
其中从物侧计数的所述尾透镜组有负的折射率。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述多个透镜组中从物侧计数的第一透镜组固定且包括所述反射构件。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述透镜组由五个透镜组组成。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述尾透镜组的负透镜组满足由下面的不等式(1)限定的条件，
0.9＜fa/fw＜1.25
其中fa表示所述尾透镜组中的负透镜组的焦距，
fw表示其广角端的焦距。
5.一种装备变焦镜头并且也装备成像单元的成像装置，所述变焦镜头有多个透镜组且变化光焦度以响应所述透镜组之间间隔变化的，所述成像单元将所述变焦镜头形成的光学像转换为电信号，其中所述变焦镜头包括弯折所述多个透镜组的光轴的反射构件以及由之间插入空气层的从物侧顺序排列的负透镜组和正透镜组组成的从物侧计数的尾透镜组，
其中从物侧计数的所述尾透镜组有负的折射率。
6.如权利要求5所述的成像装置，其中所述多个透镜组中从物侧计数的所述第一透镜组固定且包括所述反射构件。
7.如权利要求5所述的成像装置，其中所述透镜组由五个透镜组组成。
8.如权利要求5所述的成像装置，其中所述尾透镜组的负透镜组满足由下面的不等式(1)限定的条件，
0.9＜fa/fw＜1.25
其中fa表示所述尾透镜组中的负透镜组的焦距，
fw表示其广角端的焦距。
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