CN101395518B - 成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统 - Google Patents

成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统 Download PDF

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Abstract

提供一种成像设备，能有效地使用固态成像器件的有效像素，以及即使在减振时，也能确保图像的良好周围光量。所述成像设备包括：高变焦比变焦透镜(2)，其按从物体起的顺序包括第一正组、第二负组、第三组、第四组以及第五组，在变焦时，沿光轴移动所述第一至第四组；成像器件，捕获由所述镜头(2)形成的图像；检测器，检测图像位置的变化；驱动器，基本上垂直于所述光轴移动所述成像器件；控制器，控制所述驱动器以用于校正图像位置的变化；以及具有光圈的遮光构件，用于限制入射在所述镜头(2)中的最物体侧透镜的外围上的光束，并且满足指定条件。

Description

成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统
技术领域
本发明涉及成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统。
背景技术
已经提出了一种成像设备，从由固态成像器件获得的图像信息中读出指定图像帧中的图像信息作为物体图像，以及根据在对一变焦透镜系统进行变焦时由镜筒的运动引起的物体图像的位置的变化，适当地改变指定图像帧的读出位置，以便校正该变化(例如，日本专利申请特开平5-37849)。
此外，提出了一种成像设备，能在沿光轴的方向上移动固态成像器件，以便在变焦时，校正沿光轴的物体图像位置的变化(例如日本专利申请特开平6-339054)。
然而，由于在日本专利申请特开平5-37849中公开的成像设备如上所述，从由固态成像器件获得的图像信息中读出在指定图像帧中的图像信息作为物体图像，因此，不能有效地使用固态成像器件的有效像素。
另一方面，在日本专利申请特开平6-339054中公开的成像设备能有效地使用固态成像器件的有效像素。然而，当校正由于沿光轴移动固态成像器件而引起的物体图像位置的变化时，在物体图像的拐角上，光量变得不均匀。
发明内容
鉴于上述问题，做出了本发明，具有提供成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统的目的，通过在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件执行减振，能有效地使用固态成像器件的有效像素，以及即使在执行减振时，也能确保物体图像的良好周围光量比。
根据本发明的第一方面，提供一种成像设备，包括：高变焦比变焦透镜系统，其从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；固态成像器件，捕获由所述高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像；检测构件，检测所述物体图像的位置变化；驱动构件，在基本上与所述光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件；控制构件，控制所述驱动构件以便校正所述物体图像的位置变化；以及遮光构件，具有用于限制入射在所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束的光圈部；以及满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示所述遮光构件的光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及L表示广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
根据本发明的第二方面，提供一种成像方法，用于通过固态成像器件捕获由高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像并检测所述物体图像的位置变化，并且在基本上与所述光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件，以便校正所述物体图像的位置变化，所述成像方法包括步骤：提供所述高变焦比变焦透镜系统，所述高变焦比变焦透镜系统按按从物体起的顺序包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度，所述第二透镜组具有负折射光焦度，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿所述光轴移动所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组；通过具有光圈部的遮光构件，限制入射在所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束；并且满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示所述遮光构件中的所述光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，并且L表示广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
根据本发明的第三方面，提供一种高变焦比变焦透镜系统用作成像设备的摄像镜头，其具有下面这样的结构，即，在通过固态成像器件捕获由所述摄像镜头形成的物体图像时，检测所述物体图像的位置变化，以及为校正所述物体图像的位置变化，在基本上与光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件，所述高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组；具有负折射光焦度的第二透镜组；第三透镜组；第四透镜组；以及第五透镜组，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；遮光构件，设置有用于限制入射在所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束的光圈部；以及满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示所述遮光构件的光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及L表示广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
根据本发明，变为可以提供成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统，通过在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件执行减振，能有效地使用固态成像器件的有效像素，以及即使执行减振时，也能确保物体图像的良好周围光量比。
附图说明
图1是表示根据本申请的例子1的成像设备的图。
图2是表示附加到根据例子1的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的镜头结构的图，伴有成像器件的运动。
图3是表示在广角端状态W、中焦距状态M和远摄端状态T中对焦无穷远时，附加到根据例子1的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的图。
图4A、4B和4C每一个都是表示根据例子1的成像设备的遮光构件的具体结构的图。
图5A、5B和5C是表示在例子1中，在对焦无穷远时，在广角端状态下的物体图像上的光量分布的图，其中，图5A表示无减振时(Φ1-Φ0＝2.0mm)，图5B表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.0mm)，以及图5C表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝2.0mm)。
图6A、6B和6C是表示当对焦无穷远时，根据例子1的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图6A处于广角端状态，图6B处于中焦距状态，以及图6C处于远摄端状态。
图7A、7B和7C是表示在对焦近物时，根据例子1的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图7A处于广角端状态(Rw＝300mm)，图7B处于中焦距状态(Rm＝300mm)，以及图7C处于远摄端状态(Rt＝1000mm)。
图8是表示在广角端状态W、中焦距状态M和远摄端状态T中对焦无穷远时，附加到根据例子2的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的图。
图9A、9B和9C是表示在例子2中，在对焦无穷远时，在广角端状态下的物体图像上的光量分布的图，其中，图9A表示无减振时(Φ1-Φ0＝0.4mm)，图9B表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.0mm)，以及图9C表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.4mm)。
图10A、10B和10C是表示当对焦无穷远时，根据例子2的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图10A处于广角端状态，图10B处于中焦距状态，以及图10C处于远摄端状态。
图11A、11B和11C是表示在对焦近物时，根据例子2的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图11A处于广角端状态(Rw＝300mm)，图11B处于中焦距状态(Rm＝300mm)，以及图11C处于远摄端状态(Rt＝1000mm)。
具体实施方式
在下文中，参考附图，说明根据本申请的成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统。
根据本申请的成像设备包括：高变焦比变焦透镜系统，其按从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、具有正折射光焦度的第三透镜组、具有正折射光焦度的第四透镜组，以及具有正折射光焦度的第五透镜组，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；固态成像器件，捕获通过高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像；检测构件，检测物体图像的位置的变化；驱动构件，在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件；控制构件，控制驱动构件以便校正物体图像的位置的变化，以及遮光构件，具有光圈部，用于限制入射在高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束；以及满足下述条件表达式(1)：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00  (1)
其中，Φ0表示高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示遮光构件的光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及L表示广角端状态下的高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
通过使第三透镜组的折射光焦度为正，第四透镜组的折射光焦度为正，第五透镜组的折射光焦度为正，可以进一步确保本发明的效果。
条件表达式(1)限定遮光构件中的光圈部的直径。
当值{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)等于或小于条件表达式(1)的下限时，图像的周围上的彗差变大，以致这是不合意的。为确保本申请的效果，优选的是，将条件表达式(1)的下限设置成0.15。
另一方面，当值{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)等于或大于条件表达式(1)的上限时，图像的周围上的光量变得不均匀，以致这是不合意的。此外，当远摄端状态下的固态成像器件的最大移动量(减振校正量)最大时，图像面的变化变大，以及产生像场弯曲的变化，以致这是不合意的。为进一步确保本申请的效果，优选的是，将条件表达式(1)的上限设置成1.50。
在根据本申请的成像设备中，遮光构件的光圈部优选地是具有圆形形状的光圈。
通过该结构，由于光圈部具有以光轴为中心的旋转对称，在不执行旋转调整的情况下，也能获得所需遮光效果。随便提一下，具有圆形形状的光圈部的内部直径在条件表达式(1)中变为Φ1。
在根据本申请的成像设备中，遮光构件的光圈部优选地是具有对应于固态成像器件的矩形形状的光圈。
通过该结构，可以将遮光构件的光圈部的形状设置成在第一透镜组中的最物体侧透镜上投影的固态成像器件的有效像素的外部形状。因此，变得可以有效地防止杂散光进入高变焦比变焦透镜系统。具有矩形形状的光圈部的对角线长度在条件表达式(1)中变为Φ1。
在根据本申请的成像设备中，优选地满足下述条件表达式(2)：
0.10＜(fw×Δht)/(ft×Δhw)≤1.0  (2)
其中，fw表示广角端状态下，高变焦比变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄端状态下，高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及Δht表示远摄端状态下，固态成像器件的最大移动量。
条件表达式(2)定义固态成像器件的最大移动量和高变焦比变焦透镜系统的焦距的适当范围。
当值(fw×Δht)/(ft×Δhw)大于条件表达式(2)的上限时，在当固态成像器件的最大移动量变为最大时，图像面中的变化变大。此外，产生像场弯曲的变化，以致不合意。为确保本申请的效果，优选的是，将条件表达式(2)的上限设置成0.9。
另一方面，当值(fw×Δht)/(ft×Δhw)等于或小于条件表达式(2)的下限时，第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径变得太大，以致不合意。为使有效直径小，第三透镜组的折射光焦度必须大，结果，彗差变大，以致不合意。为确保本申请的效果，优选的是，将条件表达式(2)的下限设置成0.2。
在根据本申请的成像设备中，优选的是，通过将遮光涂料涂敷到第一透镜组的最物体侧透镜表面上，构成遮光构件。
如上所述，通过将遮光涂料涂敷到第一透镜组的最物体侧透镜表面的外围构成遮光构件，可以使遮光构件的光圈部的直径小。此外，可以使高变焦比变焦透镜系统的组装部件的数量更少，以致能获得成本降低。
在根据本申请的成像设备中，遮光构件优选地是位于高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组的最物体侧透镜表面上的板状构件。
通过该结构，可以使遮光构件的光圈部的直径小。上述板状构件包括薄片构件。
在根据本申请的成像设备中，优选所述遮光构件与用于固定所述高变焦比变焦透镜系统中的所述第一透镜组的最物体侧透镜的透镜固定构件一体地形成。
通过该结构，由于能将用于将第一透镜组的最物体侧透镜拧入和固定到镜筒中的环形固定构件用作遮光构件，因此，组装零件的数量能更少，以致能简化高变焦比变焦透镜系统。
在根据本申请的成像设备中，高变焦比变焦透镜系统优选地通过沿光轴移动第五透镜组执行对焦。
按照这种方式，通过由当变焦时固定的第五透镜组执行对焦的这种结构，能简化驱动机构。
在根据本申请的成像设备中，为保持良好像差校正状态和降低遮光构件的直径，高变焦比变焦透镜系统的第四透镜组优选地按从物体起的顺序由具有正折射光焦度的前组和具有负折射光焦度的后组组成，并且优选地满足下述条件表达式(3)：
-0.45＜(f4F+f4R)/f4＜-0.20  (3)
其中，f4表示高变焦比变焦透镜系统中的第四透镜组的焦距，f4F表示高变焦比变焦透镜系统中的第四透镜组的前组的焦距，以及f4R表示高变焦比变焦透镜系统中的第四透镜组中的后组的焦距。
条件表达式(3)限定第四透镜组的前组和后组的焦距的适当范围。
当值(f4F+f4R)/f4等于或大于条件表达式(3)的上限时，在中焦距状态下生成内彗差，以致不合意。为确保本申请的效果以及有效地抑制中焦距状态下的内彗差产生，优选的是，将条件表达式(3)的上限设置成-0.25。
另一方面，当值(f4F+f4R)/f4等于或小于条件表达式(3)的上限时，遮光构件的光圈部的直径变大，以致不合意。为确保本申请的效果，优选的是，将条件表达式(3)的下限设置成-0.40。
一种用于通过固态成像器件捕获由高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像和检测物体图像的位置的变化，以及在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件以便校正物体图像的位置的变化的成像方法，该成像方法包括步骤：提供高变焦比变焦透镜系统，所述高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；通过具有光圈部的遮光构件，限制入射在高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束；以及满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示遮光构件中的光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及L表示广角端状态下的高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
通过该结构，变得可以实现通过在基本上与光轴垂直的方向上移动成像器件执行减振的成像方法，能有效地使用固态成像器件的有效像素，并且即使在执行减振时，也能确保拍摄图像的良好周围光量比。
根据本申请的高变焦比变焦透镜系统用作具有在捕获通过固态成像器件由摄像镜头形成的物体图像时检测物体的位置的变化，以及为校正物体图像的位置变化在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件的结构的成像设备的摄像镜头，该高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，设置具有用于限制入射在第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束的光圈部的遮光构件，以及满足下述条件表达式(1)：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00  (1)
其中，Φ0表示高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示遮光构件中的光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的高变焦比变焦透镜系统的焦距，以及L表示广角端状态下的高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度。
通过该结构，变得可以实现一种高变焦比变焦透镜系统，其通过在基本上与光轴垂直的方向上移动成像器件执行减振，能有效地使用固态成像器件的有效像素，以及即使在执行减振时，也能确保拍摄图像的良好的周围光量比。
在下文中，参考附图，说明根据本申请的成像设备。
<例子1>
图1是表示根据本申请的例子1的成像设备的图。
如图1所示，成像设备1是配置有稍后所述的高变焦比变焦透镜系统作为摄像镜头的单镜头反光数码相机。
在成像设备1中，由高变焦比变焦透镜系统2会聚从物体(未示出)发出的光，并通过快速复原镜片3对焦在对焦屏4上。通过五角屋脊棱镜5，多次反射对焦在对焦屏4上的物体图像，并通向目镜6。因此，拍摄者能通过目镜6将物体图像观察为正像。
当拍摄者按压快门释放按钮(未示出)时，从光路移除快速复原镜片3，以及来自物体(未示出)的光到达固态成像器件7。因此，来自物体的光由固态成像器件7捕获并作为物体图像存储在存储器8中。用这种方式，拍摄者能通过成像器件1获取物体的画面。
除用于捕获由高变焦比变焦透镜系统2形成的物体图像的上述固态成像器件7外，成像设备1包括相机抖动检测器9，用于检测图像模糊，换句话说，由成像设备1的用户的相机抖动引起的物体图像的位置的变化，驱动器10，用于在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件7，以及控制器11，用于控制成像设备1中的每一构件，诸如驱动器10，以便校正物体图像的位置的变化。
在上述成像设备1中，首先，由相机抖动检测器9检测物体图像的位置的变化。然后，控制器11基于相机抖动检测器9的检测信号控制驱动器10，以在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件7。因此，能校正物体图像的位置变化。按照这种方式，实现成像设备1的减振，以及能防止由相机抖动引起的拍摄故障。
然后，说明高变焦比变焦透镜系统，其是例子1的最具体特征。
图2是表示附加到根据例子1的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的镜头结构的图，伴有成像器件的运动。
图3是表示在广角端状态W、中焦距状态M和远摄端状态T中对焦无穷远时，附加到根据例子1的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的图。
根据例子1的高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的第一透镜组G1、具有负折射光焦度的第二透镜组G2、孔径光阑S、具有正折射光焦度的第三透镜组G3、具有正折射光焦度的第四透镜组G4、具有正折射光焦度的第五透镜组G5、光学低通滤波器LF，以及用于固态成像器件7的防护玻璃罩CG。
第一透镜组G1按从物体起的顺序包括由具有面对物体的凸面的负凹凸透镜L11与具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L12胶合构成的胶合正透镜，以及具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L13。
第二透镜组G2按从物体起的顺序包括具有面对物体的凸面的负凹凸透镜L21，以及由双凹负透镜L22与双凸正透镜L23胶合构成的胶合负透镜。
第三透镜组G3按从物体起的顺序包括双凸正透镜L31，以及具有面对物体的凹面的负凹凸透镜L32。
第四透镜组G4包括，按从物体起的顺序，具有正折射光焦度的前组G4F，以及具有负折射光焦度的后组G4R。前组G4F由具有面对物体的非球面的双凸正透镜L41组成。后组G4R由双凸正透镜L42与双凹负透镜L43按从物体起的顺序胶合构成的胶合负透镜组成。
第五透镜组G5由具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L51组成。
在根据例子1的高变焦比变焦透镜系统中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1向物体移动，第二透镜组G2首先向图像移动，然后向物体移动，该移动具有带有面对物体的凹形形状的变焦轨迹，第三透镜组G3移向物体，以及第四透镜组G4移向物体。在这种场合下，与第三透镜组G3一体地移动孔径光阑S。
在根据例子1的高变焦比变焦透镜系统中，在从无穷远对焦到近物时，将变焦时固定的第五透镜组移向物体。
在具有这种结构的高变焦比变焦透镜系统中，在为第一透镜组G1中的最物体侧透镜的负凹凸透镜L11的物体侧透镜表面的附近设置具有圆形光圈部O的遮光构件FS，以便遮蔽入射在透镜表面外围上的不必要光束。
在遮光构件FS的光圈部O中，内直径Φ01大于负凹凸透镜L11的有效直径Φ0，以及满足上述条件表达式(1)。通过该结构，即使当通过在基本上与光轴垂直的方向上移动固态成像器件7在成像设备1中执行减振时，也可以良好地确保物体图像的周围光量比，同时遮蔽入射在透镜表面的外围上的不必要光束。
图4A、4B和4C每一个都是表示根据例子1的成像设备的遮光构件的具体结构的图。
如图4A所示，通过将遮光涂料P涂敷在形成具有内直径Φ1的圆形光圈部O的负凹凸透镜L11的物体侧表面的外围上，构成根据例子1的遮光构件FS。
这里，根据本申请的遮光构件FS不限于此，可以使用如图4B和4C中所示的任何其它结构。
此外，如图4B所示，可以设置具有将固态成像器件7的有效像素的外部形状投射在负凹凸透镜L11的物体侧透镜表面上的矩形形状的光圈部的板状遮光构件Q作为遮光构件FS，以这种方式，在容纳高变焦比变焦透镜系统的镜筒2a的内部设置遮光构件Q，并与透镜表面接触。通过该结构，变得可以有效地防止杂散光进入高变焦比变焦透镜系统。
此外，在例子1中，如图4C所示，当被拧入并固定在镜筒2a中以便在光轴的方向上固定负凹凸透镜L11的位置的诸如所谓的挡圈的环形构件R的内直径为Φ1时，变得可以使环形构件R充当遮光构件FS。具有高保持能力的环形构件R适用于大直径透镜。
然后，在下文中，将示出根据例子1的高变焦比变焦透镜系统的具体数值数据。
在表1中，列出了与根据例子1的高变焦比变焦透镜系统有关的各种值。
在[规格]中，f表示焦距，FNO表示f数，Φ0表示负凹凸透镜L11的有效直径，Φ1表示遮光构件FS的光圈部O的内直径，其是在执行减振时的负凹凸透镜L11的最大有效直径，IH表示从中心到拐角的固态成像器件的对角线长度，L表示广角端状态下的高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度，Δhw表示广角端状态下的固态成像器件7的最大移动量，Δht表示在远摄端状态下的固态成像器件7的最大移动量。
在[透镜数据]中，“表面”表示从物体侧的顺序计数的透镜表面编号，“r”表示曲率半径，“d”表示到下一表面的距离，“νd”表示在d线处的阿贝数(波长λ＝587.6nm)，以及“nd”表示在d线处(波长λ＝587.6nm)的折射率。此外，r＝0.0000表示平面，以及Bf表示后焦距。忽略空气的折射率nd＝1.000000。
在[非球面数据]中，“E-n”表示“×10-n”。通过下述表达式，表示旋转对称非球面：。
X(y)＝(y2/r)/[1+[1-κ(y2/r2)1/2]
+C4×y4+C6×y6+C8×y8+C10×y10+C12×y12
其中，y表示离光轴的垂直高度，X(y)表示垂度量，其是沿光轴从非球面的顶点的切线曲面到离光轴垂直高度y的非球面的距离，r表示参照球体的曲率半径，κ表示圆锥系数，Cn表示第n阶的非球面系数，以及忽略值为0的非球面系数。
在[可变距离]中，f表示焦距，β表示成像倍率，D0表示物体与第一透镜组G1中的负凹凸透镜L11的物体侧表面间的距离(拍照距离)，Bf表示后焦距，以及TL表示总透镜长度。
在关于各个值的表中，“mm”通常用于诸如焦距、曲率半径等等的长度的单位。然而，由于能通过成比例放大或缩小其尺寸的光学系统获得相似的光学性能，该单位不必限定到“mm”，并且能使用任何其它适当单位。
在其它例子中，参考符号的说明相同。
表1
Figure GSB00000519146400151
Figure GSB00000519146400161
Figure GSB00000519146400171
Figure GSB00000519146400181
图5A、5B和5C是表示在例子1中，在对焦无穷远时，在广角端状态下，物体图像上的光量分布的图，其中，图5A表示无减振(Φ1-Φ0＝2.0mm)，图5B表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.0mm)，以及图5C表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝2.0mm)。
从图5A、5B和5C显而易见，当在条件表达式(1)的下限附近使值Φ1-Φ0保持相对大值时，图像帧的拐角的光量变好。
图6A、6B和6C是表示当对焦无穷远时，根据例子1的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图6A处于广角端状态，图6B处于中焦距状态，以及图6C处于远摄端状态。
图7A、7B和7C是表示在对焦近物时，根据例子1的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图7A处于广角端状态(Rw＝300mm)，图7B处于中焦距状态(Rm＝300mm)，以及图7C处于远摄端状态(Rt＝1000mm)。
在各个图中，FNO表示f数，NA表示数值孔径，Y表示图像高度。在各个图中，d表示在d线处(波长λ＝587.6nm)的像差曲线，g表示在g线处(波长λ＝435.8nm)的像差曲线，C表示在C线处(波长λ＝656.3nm)的像差曲线，以及F表示在F线处(波长λ＝486.1nm)的像差曲线。
在表示球面像差的图中，示出了相对于最大孔径的数值孔径的f数。在表示彗差的图中，示出了相对于每一图像高度的彗差。在表示像散的图中，实线表示弧矢图象面，以及虚线表示子午线图像面。有关各种像差图的上述说明与其它例子相同。
如从各个图显而易见，根据例子1的变焦透镜系统显示了当对焦无穷远和近物时，作为对广角端状态、中焦距状态和远摄端状态下的各种像差的良好校正的结果的极好光学性能。
<例子2>
根据例子2的成像设备的基本结构与例子1相同，因此，省略重复描述，并且在下文中，将准确地描述具有与例子1不同结构的根据例子2的高变焦比变焦透镜系统。
图8是表示在广角端状态W、中焦距状态M和远摄端状态T中对焦时，附加到根据例子2的成像设备的高变焦比变焦透镜系统的图。
根据例子2的高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的第一透镜组G1、具有负折射光焦度的第二透镜组G2、孔径光阑S、具有正折射光焦度的第三透镜组G3、具有正折射光焦度的第四透镜组G4、具有正折射光焦度的第五透镜组G5、光学低通滤波器LF，以及用于固态成像器件7的防护玻璃罩CG。
第一透镜组G1按从物体起的顺序包括由具有面对物体的凸面的负凹凸透镜L11与具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L12胶合构成的胶合正透镜和具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L13。
第二透镜组G2按从物体起的顺序包括具有面对物体的凸面的负凹凸透镜L21，以及由双凹负透镜L22与具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L23胶合构成的胶合负透镜。
第三透镜组G3按从物体起的顺序包括双凸正透镜L31，以及具有面对物体的凹面的负凹凸透镜L32。
第四透镜组G4按从物体起的顺序包括具有正折射光焦度的前组G4F，以及具有负折射光焦度的后组G4R。前组G4F由具有面对物体的非球面的双凸正透镜L41组成。后组G4R由双凸正透镜L42与双凹负透镜L43按从物体起的顺序胶合构成的胶合负透镜组成。
第五透镜组G5由具有面对物体的凸面的正凹凸透镜L51组成。
在根据例子2的高变焦比变焦透镜系统中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1移向物体，第二透镜组G2首先移向图像，然后移向物体，具有面对物体的凹形形状的变焦轨迹，第三透镜组G3移向物体，并且第四透镜组G4移向物体。在这种场合下，与第三透镜组G3一体地移动孔径光阑S。
在根据例子2的高变焦比变焦透镜系统中，在从无穷远对焦到近物时，将变焦时固定的第五透镜组移向物体。
在表2中，列出了与根据例子2的高变焦比变焦透镜系统有关的各种值。
表2
Figure GSB00000519146400201
Figure GSB00000519146400211
Figure GSB00000519146400231
图9A、9B和9C是表示在例子2中，在对焦无穷远时，在广角端状态下，物体图像上的光量分布的图，其中，图9A表示无减振时(Φ1-Φ0＝0.4mm)，图9B表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.0mm)，以及图9C表示执行最大减振时(Φ1-Φ0＝0.4mm)。
如图9A、9B和9C所示，即使当在条件表达式(1)的上限附近，Φ1-Φ0＝0.0mm时，由于如图9B所示，光量比的变化小，图像帧的拐角的光量变得良好。
图10A、10B和10C是表示当对焦无穷远时，根据例子2的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图10A处于广角端状态，图10B处于中焦距状态，以及图10C处于远摄端状态。
图11A、11B和11C是表示在对焦近物时，根据例子2的高变焦比变焦透镜系统的各种像差的图，其中，图11A处于广角端状态(Rw＝300mm)，图11B处于中焦距状态(Rm＝300mm)，以及图11C处于远摄端状态(Rt＝1000mm)。
如从各个图显而易见，根据例子2的变焦透镜系统显示了当对焦无穷远和近物时，作为对广角端状态、中焦距状态和远摄端状态下的各种像差的良好校正的结果的极好光学性能。
不必说，尽管具有五透镜组结构的高变焦比变焦透镜系统被示为本申请的每一例子，但在本申请的精神实质中，包括简单将透镜组增加到五透镜组结构的变焦透镜系统。
此外，组成根据本申请的高变焦比变焦透镜系统的任何透镜表面可以是非球面。可以由细磨工艺、通过模具将玻璃材料形成为非球面形状的玻璃模塑工艺、或将树脂材料形成为玻璃表面上的非球面形状的复合型工艺，制作非球面。
可以将在宽波长范围上具有高透射比的防反射涂层涂敷于根据本申请的高变焦比变焦透镜系统的每一透镜表面，以便降低闪光或重影图像，以致能获得具有高对比度的高光学性能。
上述每一例子仅表示高变焦比变焦透镜系统的具体例子，因此，本发明不限于这些例子。
根据本申请的每一例子，可以提供成像设备、成像方法和高变焦比变焦透镜系统，通过在基本上与光轴垂直的方向上移动成像器件执行减振，能有效地使用固态成像器件的有效像素，并且即使当执行减振时，也能确保物体图像的良好周围光量比。
此外，根据本申请的高变焦比变焦透镜系统适用于电子静态照相机等等，能在远摄端状态下实现4度或更小的半视角、6或更小的远摄端状态下的f数，约10的变焦比，以及镜筒直径的小型化。

Claims (15)

1.一种成像设备，包括：
高变焦比变焦透镜系统，所述高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度，所述第二透镜组具有负折射光焦度，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿光轴移动所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组；
固态成像器件，所述固态成像器件捕获由所述高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像；
检测构件，所述检测构件检测所述物体图像的位置变化；
驱动构件，其在基本上与所述光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件；
控制构件，其控制所述驱动构件，以便校正所述物体图像的位置变化；以及
遮光构件，其具有用于限制入射在所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束的光圈部；并且
满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径；当所述遮光构件中的光圈部是圆形光圈时，Φ1表示所述遮光构件中的光圈部的直径，或者当所述遮光构件中的光圈部是矩形光圈时，Φ1表示所述遮光构件中的光圈部的对角线长度；Δht表示远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量；ft表示所述远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距；并且L表示所述广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度；
其中，所述第三透镜组具有正折射光焦度，所述第四透镜组具有正折射光焦度，并且所述第五透镜组具有正折射光焦度。
2.如权利要求1所述的成像设备，其中，满足下述条件表达式：
0.10＜(fw×Δht)/(ft×Δhw)≤1.0
其中，fw表示广角端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，Δht表示远摄端状态下所述固态成像器件的最大移动量，并且Δhw表示广角端状态下所述固态成像器件的最大移动量。
3.如权利要求2所述的成像设备，其中，所述第四透镜组按从所述物体起的顺序由具有正折射光焦度的前组和具有负折射光焦度的后组组成，并且满足下述条件表达式：
-0.45＜(f4F+f4R)/f4＜-0.20
其中，f4表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组的焦距，f4F表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组中的所述前组的焦距，并且f4R表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组中的所述后组的焦距。
4.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述第四透镜组按从所述物体起的顺序由具有正折射光焦度的前组和具有负折射光焦度的后组组成，并且满足下述条件表达式：
-0.45＜(f4F+f4R)/f4＜-0.20
其中，f4表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组的焦距，f4F表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组中的所述前组的焦距，并且f4R表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第四透镜组中的所述后组的焦距。
5.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述遮光构件中的所述光圈部为圆形光圈。
6.如权利要求5所述的成像设备，其中，满足下述条件表达式：
0.10＜(fw×Δht)/(ft×Δhw)≤1.0
其中，fw表示广角端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，Δht表示远摄端状态下所述固态成像器件的最大移动量，并且Δhw表示广角端状态下所述固态成像器件的最大移动量。
7.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述遮光构件中的所述光圈部为矩形光圈。
8.如权利要求7所述的成像设备，其中，满足下述条件表达式：
0.10＜(fw×Δht)/(ft×Δhw)≤1.0
其中，fw表示广角端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，Δht表示远摄端状态下所述固态成像器件的最大移动量，并且Δhw表示广角端状态下所述固态成像器件的最大移动量。
9.如权利要求1所述的成像设备，其中，通过将遮光涂料涂敷在所述第一透镜组的最物体侧透镜表面上，构成所述遮光构件。
10.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述遮光构件是设置于所述高变焦比变焦透镜系统中的所述第一透镜组的最物体侧透镜表面的附近的板状构件。
11.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述遮光构件与用于固定所述高变焦比变焦透镜系统中的所述第一透镜组的最物体侧透镜的透镜固定构件一体地形成。
12.如权利要求1所述的成像设备，其中，所述高变焦比变焦透镜系统通过沿所述光轴移动所述第五透镜组执行对焦。
13.一种高变焦比变焦透镜系统，所述高变焦比变焦透镜系统用作成像设备的摄像镜头，其中所述成像设备具有如下构造，即，在通过固态成像器件捕获由所述摄像镜头形成的物体图像时，检测所述物体图像的位置变化，并且为校正所述物体图像的位置变化，在基本上与光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件，所述高变焦比变焦透镜系统按从物体起的顺序包括：
具有正折射光焦度的第一透镜组；
具有负折射光焦度的第二透镜组；
第三透镜组；
第四透镜组；以及
第五透镜组，
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿所述光轴移动所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组；
遮光构件，所述遮光构件设有用于限制入射在所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束的光圈部；并且
满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示所述遮光构件中的所述光圈部的直径，Δht表示所述远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量，ft表示所述远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，并且L表示所述广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度；
其中，所述第三透镜组具有正折射光焦度，所述第四透镜组具有正折射光焦度，并且所述第五透镜组具有正折射光焦度。
14.一种成像方法，用于通过固态成像器件捕获由高变焦比变焦透镜系统形成的物体图像并检测所述物体图像的位置变化，并且在基本上与所述光轴垂直的方向上移动所述固态成像器件，以便校正所述物体图像的位置变化，所述成像方法包括步骤：
提供所述高变焦比变焦透镜系统，所述高变焦比变焦透镜系统按按从物体起的顺序包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度，所述第二透镜组具有负折射光焦度，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，沿所述光轴移动所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组；
通过具有光圈部的遮光构件，限制入射在所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的外围上的光束；并且
满足下述条件表达式：
0.05＜{L×(Δht/ft)}/(Φ1-Φ0)＜2.00
其中，Φ0表示所述高变焦比变焦透镜系统的所述第一透镜组中的最物体侧透镜的有效直径，Φ1表示所述遮光构件中的所述光圈部的直径，Δht表示远摄端状态下的所述固态成像器件的最大移动量，ft表示远摄端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，并且L表示广角端状态下的所述高变焦比变焦透镜系统的总透镜长度；
其中，所述第三透镜组具有正折射光焦度，所述第四透镜组具有正折射光焦度，并且所述第五透镜组具有正折射光焦度。
15.如权利要求14所述的成像方法，进一步包括：
满足下述条件表达式：
0.10＜(fw×Δht)/(ft×Δhw)≤1.0
其中，fw表示广角端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄端状态下所述高变焦比变焦透镜系统的焦距，Δht表示远摄端状态下所述固态成像器件的最大移动量，并且Δhw表示广角端状态下所述固态成像器件的最大移动量。
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