CN1837889A - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

一种与高像素化相对应、且特别适用于往小型信息终端设备中搭载、能实现低成本且小型的变焦镜头，其从物体侧依次具备负的第1组(11)、正的第2组(12)和正的第3组(13)，变焦时第1组(11)和第2组(12)移动。第1组(11)由以球面透镜或非球面透镜形成的负透镜(G1)和由凸面朝向物体侧的正的弯月球面透镜(G2)构成；第2组(12)由在近轴附近为两凸形状的塑料非球面透镜(G3)、两凸形状的球面透镜(G4)和与第4透镜接合的两凹形状的球面透镜(G5)构成；第3组(13)只由1块凸面朝向像侧的球面或非球面的正透镜(G6)构成。第1透镜(G1)或第6透镜(G6)的至少1块由塑料透镜构成。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及适于往例如带相机的便携电话或PDA(Personal DigitalAssistant)等小型信息终端设备中搭载的变焦镜头。

背景技术

近年来，伴随着个人计算机向一般家庭等普及，可将拍摄的风景和人物像等图像信息输入个人计算机的数码静物相机(以下，只称作数码相机)迅速普及起来。另外，随着便携电话的高功能化，搭载小型摄像模块的带相机的便携电话也迅速普及起来。另外，在PDA等小型信号终端设备中搭载摄像模块也普及起来。

具备这些摄像功能的设备中，采用了CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件。这些摄像元件，伴随着近年来非常小型化及高像素化的进展，对于摄像设备主体及搭载其上的透镜上，也要求高对比度的同时还要求构成的小型化。在例如带相机的便携电话等中，100万像素以上的与兆位像素对应的装置被实用化，相对于性能方面的要求也高起来。

不过，采用摄像元件的摄像设备中，作为实现变焦功能的方法，有光学变焦方式和电子变焦方式。光学变焦方式，搭载变焦镜头作为拍摄镜头，光学地改变拍摄倍率。电子变焦方式，通过信号处理对图像进行微调等，电子地改变被摄物体像的大小。一般，光学变焦方式，能比电子变焦方式获得高分辨率。从而，以高分辨率进行变焦时，光学变焦方式为优选。

以前，作为数码相机等采用的比较小型的变焦镜头，例如以下的专利文献1所述。专利文献1中记载了一种整体由5块或6块透镜构成的2组变焦方式的变焦镜头。

专利文献1：特开2003-270533号公报

带相机的便携电话等小型信息终端设备中，以前在成本或小型化方面一般采用定焦镜头，而伴随着最近的高功能化、多功能化而要求变焦功能。从而，最近，在采用定焦镜头的带相机的便携电话等中也通过采用电子变焦方式实现变焦功能。不过，采用电子变焦方式时，像的放大率越大则分辨率越劣化，因此，很难与近年的摄像元件的高像素化相对应。

为此，在带相机的便携电话中也考虑搭载变焦镜头、采用光学变焦方式。此时，直接使用开发用于数码相机用的高性能的变焦镜头，在成本方面和紧凑性方面不现实。上述专利文献1所述的变焦镜头，作为数码相机用由于比较少的透镜块数从而也能谋求小型化，但是，在用于小型信息终端设备时，优选是谋求比其更加小型化。另一方面，现有开发的由3块左右构成的低成本且紧凑的变焦镜头，很难与高像素化相对应。

发明内容

本发明，是鉴于上述问题点而做出的，其目的在于提供一种变焦镜头，其与高像素化相对应、并且特别适于往小型信息终端设备中搭载、能实现低成本且紧凑的光学系统。

本发明的变焦镜头，从物体侧依次具备：具有负折射能力的第1组、具有正折射能力的第2组和具有正折射能力的第3组，在变焦时使第1组和第2组在光轴上移动。第1组，由第1透镜和第2透镜构成，该第1透镜具有负折射能力、由球面透镜或非球面透镜构成，该第2透镜由凸面朝向物体侧的正的弯月球面透镜构成。第2组，由第3透镜、第4透镜和第5透镜构成，该第3透镜由在近轴附近为两凸形状的塑料非球面透镜构成，该第4透镜由两凸形状的球面透镜构成，该第5透镜由两凹形状的球面透镜构成并与上述第4透镜相接合。第3组，只由1块具有正折射能力的第6透镜构成，该第6透镜由凸面朝向像侧的球面透镜或非球面透镜构成。另外，上述第1透镜或上述第6透镜中的至少1块由塑料透镜构成。还有，其构成满足以下条件式(1)～(4)：

2.0＜ft/fw＜4.0           (1)

4.0＜TCLw/fw＜5.0         (2)

-2.0＜φ1/φ3＜-0.5       (3)

νd(G3)＞45                   (4)

其中，ft表示望远端的整个系统的焦距，fw表示广角端的整个系统的焦距，TCLw表示广角端的全长，φ1表示第1组的折射能力，φ3表示第3组的折射能力，νd(G3)表示第3透镜的阿贝数。

本发明的变焦镜头，通过使第1组和第2组在光轴上移动从而进行变焦。焦距调节也可以由第3组进行，不过在变焦时及调焦时使第3组为固定，则在减少移动组方面有利。将第3组作为固定组时，调焦可以通过例如将单个第1组、或第1组和第2组在近距离拍摄时陆续向前侧放出而进行。

该变焦镜头，作为3组6块构成，与现有的3块左右的简易的变焦镜头相比增加了透镜块数，因而，可以良好地矫正像差。特别是为了减少轴上的色差而在第2组上采用接合透镜。还有，为了缩短全长，而多用非球面透镜。此外，满足各条件式使放大率分配适当，因而能获得全长缩短、小型且与高像素化对应的高性能透镜。还由于多用塑料透镜因而能谋求低成本化。

该变焦镜头，第3透镜的像侧的面，优选是其形状为随着靠近周边而具有与近轴附近不同符号的曲率。根据必要可适当采用该优选条件，因而在像差的矫正上更加有利。

发明的效果

根据本发明的变焦镜头，作为3组6块构成，其构成是适当采用非球面透镜和塑料透镜等，且满足各条件式使放大率分配等适当，因此，能实现与高像素化相对应、且特别适于往小型信息终端设备中搭载的低成本小型的光学系统。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的变焦镜头的一构成例的、与实施例1对应的透镜剖视图。

图2是表示本发明的一实施方式的变焦镜头的另一构成例的、与实施例2对应的透镜剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式的变焦镜头的再一构成例的、与实施例3对应的透镜剖视图。

图4是表示本发明的一实施方式的变焦镜头的又一构成例的、与实施例4对应的透镜剖视图。

图5是表示实施例1的变焦镜头的透镜数据的图。

图6是表示实施例2的变焦镜头的透镜数据的图。

图7是表示实施例3的变焦镜头的透镜数据的图。

图8是表示实施例4的变焦镜头的透镜数据的图。

图9是表示各实施例的透镜满足的条件式所涉及的值的图。

图10是表示实施例1的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。

图11是表示实施例1的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。

图12是表示实施例2的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。

图13是表示实施例2的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。

图14是表示实施例3的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。

图15是表示实施例3的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。

图16是表示实施例4的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。

图17是表示实施例4的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。

图中，11-第1组；12-第2组；13-第3组；GC-玻璃罩；G1～G6-第1透镜～第2透镜；Ri-从物体侧开始的第i号透镜面的曲率半径；Di-从物体侧开始的第i号和第i+1号透镜面的面间隔；Simg-成像面(摄像面)；Z1-光轴。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示本发明的一实施方式的变焦镜头的一构成例。该构成例，与后述的第1数值实施例(图5(A)～(C))的透镜构成相对应。另外，图2～图4表示本实施方式的变焦镜头的其他构成例。图2～图4的构成例与后述的第2～第4数值实施例(图6(A)～(C)、图7(A)～(C)及图8(A)～(C))的透镜构成相对应。还有，图1～图4表示广角端的透镜配置。

图1～图4中，符号Ri，表示以包括光圈St在内的最靠物体侧的构成要素的面作为第1号，随着作报告靠向像侧(成像侧)依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～14)面的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面的光轴Z1上的面间隔。还有，各构成例其基本构成均相同，因此以下，以图1所示的变焦透镜的构成为基本进行说明。

该变焦镜头特别适合搭载在采用小型摄像元件的摄像设备例如带相机的便携电话等小型信息终端设备中。该变焦镜头，沿光轴Z1具备具有负折射能力第1组11、具有正折射能力的第2组12和具有正折射能力的第3组13。光圈St设置在第2组12的物体侧。

该变焦镜头的成像面(摄像面)Simg上配置没有图示的CCD等摄像元件。在作为最终透镜组的第3组13和摄像面Simg之间，可以对应安装透镜的相机侧的构成，配置各种光学部件。图1的构成例中，配置用于保护摄像面Simg的玻璃罩GC。除此之外，还可以配置红外线截止滤波器和低通滤波器等光学部件。

该变焦镜头为2组变焦方式，通过使第1组11和第2组12在光轴上移动从而进行变焦。第1组11和第2组12，随着从广角端向望远端变焦距，而大致像描绘图1中实线所示的轨迹那样移动。调焦，例如由第3组13进行。而将第3组13作为固定组，则例如可以通过将单个第1组11、或第1组11和第2组12双方在近距离拍摄时陆续向前侧放出从而进行调焦。

第1组11，由第1透镜G1和第2透镜G2构成。第1透镜G1，例如由球面透镜或非球面透镜构成，具有负折射能力。第1透镜G1为非球面透镜时，优选由塑料透镜构成。第1透镜G1除弯月状以外，还可以如图2～图4的构成例所示为两凹形状。第2透镜G2，为凸面朝向物体侧的正的弯月球面透镜。

第2组12由第3透镜G3、第4透镜G4及第5透镜G5构成。第4透镜G4及第5透镜G5形成接合透镜。第3透镜G3为塑料非球面透镜，在近轴附近呈两凸形状。第3透镜G3的像侧的面，优选是其形状随着靠近周边而具有与近轴附近不同符号的曲率，即近轴附近在像侧为凸形状，而随着靠近周边而成为凹形状。第4透镜G4为两凸形状的球面透镜。第5透镜G5为两凹形状的球面透镜。

第3组13只由1块第6透镜G6构成。第6透镜G6，由凸面朝向像侧的球面透镜或非球面透镜构成，具有正折射能力。第6透镜G6，为非球面透镜时，优选是由塑料透镜构成。

该变焦镜头，其构成满足以下的条件式(1)～(4)。其中，ft表示望远端的整个系统的焦距，fw表示广角端的整个系统的焦距，TCLw表示广角端的全长，φ1表示第1组11的折射能力，φ3表示第3组13的折射能力，νd(G3)表示第3透镜G3的阿贝数。

2.0＜ft/fw＜4.0           (1)

4.0＜TCLw/fw＜5.0         (2)

-2.0＜φ1/φ3＜-0.5       (3)

νd(G3)＞45               (4)

下面，关于如以上构成的变焦镜头的作用及效果进行说明。

该变焦镜头，通过使第1组11和第2组12在光轴上移动从而进行变焦。调焦，也可以由第3组13进行，不过在变焦时及调焦时使第3组13为固定，则在减少移动组方面有利。特别是在带相机的便携电话等中，可动部分少则在机械性强度和坚固性等方面有利，因而为优选。

该变焦镜头，作为3组6块构成，与现有的3块左右的简易的变焦镜头相比增加了透镜块数，因此，可以良好地矫正像差。特别是在第2组12上采用接合透镜，从而能减少轴上的色差。还有，由于多用非球面透镜，从而能良好地矫正像差且缩短全长。此外，满足各条件式使放大率分配适当，因而能获得全长缩短、小型且与高像素化对应的高性能透镜。

该变焦镜头中，第3透镜G3为塑料透镜，还有，使第1透镜G1或第6透镜G6中至少1块为塑料透镜，由于多用塑料透镜，因而能谋求低成本化。塑料透镜与玻璃相比较，随温度产生的光学特性变化大。另一方面，采用小型的拍摄透镜时，最近通过采用压电元件作为移动机构的小型驱动装置从而使多个移动组独立、且能自由地移动控制。因此，即使随温度而产生光学特性的变化，例如也能比较容易地对第1组11和第2组12进行移动控制以将其矫正，即使多用塑料透镜也不会造成相应过大问题。

条件式(1)规定变焦比。该变焦透镜，若为2倍～4倍左右的变焦比，则能维持与高像素化对应的高性能。条件式(2)是关于透镜系统的全长的。若不足条件式(2)的下限、全长过短，则特别是很难维持望远端的性能。另外，若超过条件式(2)的上限，则性能良好，不过由于全长过长，而实际上失去了产品化时的市场竞争力。

条件式(3)规定第1组11和第3组13的放大率比。若不足条件式(3)的下限，则在缩小全长方面有利，不过，中心与周边的像差的差过大，而无法获得均衡性良好的透镜系统。若超过上限，则全长过大因此不作为优选。条件式(4)规定第3透镜G3的阿贝数。若不满足条件式(4)则无法适当地抑制色差，因此不作为优选。

如以上，根据本实施方式，能实现与高像素化对应且特别适合于往小型信息终端设备中搭载的低成本紧凑的光学系统。

[实施例]

下面，关于本实施方式的变焦镜头的具体数值实施例进行说明。以下，概括说明第1～第4实施例的数值实施例(实施例1～4)。图5(A)～(C)表示与图1所示的变焦镜头的构成对应的具体透镜数据。另外，图6(A)～(C)、图7(A)～(C)及图8(A)～(C)分别表示与图2、图3及图4所示的变焦镜头的构成对应的具体透镜数据。还有，图5(A)、图6(A)、图7(A)及图8(A)表示其实施例的透镜数据中的基本数据部分，图5(B)、图6(B)、图7(B)及图8(B)表示关于其实施例的透镜数据中非球面形状的数据部分。图5(C)、图6(C)、图7(C)及图8(C)表示其他数据。

图5(A)等的各透镜数据的面号码Si栏，关于各实施例的变焦镜头，表示以包括光圈St、玻璃罩GC在内的最靠物体侧的构成要素的面作为第1号、随着靠向像侧依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～14)面的面的号码。曲率半径Ri栏，与图1等中赋予的符号Ri相对应，表示从物体侧开始的第i面的曲率半径的值。关于面间隔Di栏，也与图1等中赋予的符号相对应，表示从物体侧开始的第i面Si和第i+1面Si+1的光轴上的间隔。曲率半径Ri及面间隔Di的值的单位为毫米(mm)。Ndj、νdj栏表示包括玻璃罩GC在内、从物体侧开始的第j(j＝1～7)光学要素的相对于d线(587.6nm)的折射率及阿贝数的值。

图5(A)等的各透镜数据，附在面号码左侧的记号“＊”，表示其透镜面为非球面形状。实施例1、2的变焦镜头其第3透镜G3的两面S6、S7及第6透镜G6的两面S11、S12为非球面形状。实施例3的变焦镜头其第1透镜G1的两面S1、S2及第3透镜G3的两面S6、S7为非球面形状。实施例4的变焦镜头，其第1透镜G1的两面S1、S2及第3透镜G3的两面S6、S7、还有第6透镜G6的两面S11、S12为非球面形状。这些非球面透镜，全部为塑料透镜。图5(A)等的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴附近(近轴附近)的曲率半径的数值。

图5(B)等的各非球面数据的数值，记号“E”表示接在其下的数值是以10为底的“幂指数”，表示其以10为底的指数函数所表示的数值与“E”前的数值相乘。例如若为“1.0E-02”，则表示“1.0×10^-2”。

非球面数据，记下由以下式(A)表示的非球面形状的式的各系数A_i、KA的值。更详细地说，Z表示从距光轴高h位置的非球面上的点向下至非球面顶点的接平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度(mm)。

Z＝C·h²/{1+(1-KA·C²·h²)^1/2}+∑A_i·hⁱ    (A)

其中

Z：非球面的深度(mm)

h：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)

KA：离心率

C：近轴曲率＝1/R(R：近轴曲率半径)

A_i：第i次(i＝4、6、8、10)的非球面系数

各实施例的变焦镜头，为了随着变化倍率、使第1组11及第2组12在光轴上移动，而都使这些各组的前后的面间隔D4、D10的值为可变的。作为这些面间隔D4、D10在变化倍率时的数据，图5(C)、图6(C)、图7(C)及图8(C)中表示广角端及望远端的各实施例的值。

图9，对上述各条件式(1)～(4)所涉及的值，关于各实施例概括表示。如图9所示，各实施例的值，在各条件式(1)～(4)的数值范围内。

图10(A)～(C)表示实施例1的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真(歪曲像差)。图11(A)～(C)表示望远端的同样的像差。各像差图，表示以d线为基准波长的像差，而球面像差图，还表示关于g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。像散图中，实线表示径向(sagittal)的像差、虚线表示切线方向的像差。FNO.表示F值，ω表示半视场角。

同样，关于实施例2的变焦镜头的诸像差如图12(A)～(C)(广角端)及图13(A)～(C)(望远端)所示。关于实施例3的诸像差如图14(A)～(C)(广角端)及图15(A)～(C)(望远端)所示。关于实施例4的诸像差如图16(A)～(C)(广角端)及图17(A)～(C)(望远端)所示。

如以上的各数值数据及各像差图所表明的那样，关于各实施例，能实现适于往小型信息终端设备中搭载、紧凑且高性能的变焦光学系统。

还有，本发明并不限定于上述各实施方式及各实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等，并不局限于上述各数值实施例所示的值，也可以取其他值。

Claims (3)

1.一种变焦镜头，其特征在于：从物体侧起依次由具有负折射能力的第1组、具有正折射能力的第2组、和具有正折射能力的第3组构成，在变焦时使上述第1组和上述第2组在光轴上移动；

上述第1组，由具有负折射能力的第1透镜和第2透镜构成，该第1透镜由球面透镜或非球面透镜构成，第2透镜由凸面朝向物体侧的正的弯月球面透镜构成；

上述第2组，由第3透镜、第4透镜和第5透镜构成，该第3透镜由在近轴附近为两凸形状的塑料非球面透镜构成，该第4透镜由两凸形状的球面透镜构成，该第5透镜由两凹形状的球面透镜构成并与上述第4透镜相接合；

上述第3组只由1块具有正折射能力的第6透镜构成，该第6透镜由凸面朝向像侧的球面透镜或非球面透镜构成；

上述第1透镜或上述第6透镜中的至少1块由塑料透镜构成；

并且，其构成满足以下条件式(1)～(4)：

2.0＜ft/fw＜4.0            (1)

4.0＜TCLw/fw＜5.0          (2)

-2.0＜φ1/φ3＜-0.5        (3)

vd(G3)＞45                 (4)

其中：ft为望远端的整个系统的焦距、fw为广角端的整个系统的焦距、TCLw为广角端的全长、φ1为第1组的折射能力、φ3为第3组的折射能力、vd(G3)为第3透镜的阿贝数。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：上述第3透镜的像侧的面，其形状为随着靠近周边而具有与近轴附近不同符号的曲率。

3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于：上述第3透镜，在变焦时及调焦时被固定。

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