CN1959459A

CN1959459A - 摄像装置

Info

Publication number: CN1959459A
Application number: CNA2006101433903A
Authority: CN
Inventors: 阿部良; 上田稔
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-05-09
Also published as: JP2007127842A; EP1783526A1; US20070103794A1; US7388715B2

Abstract

本发明揭示一种摄像装置。从被摄像物体侧向电子摄像元件在光轴上依次配置变焦镜头部的第1、第2、第3、第4镜头组。第1镜头组具有负光焦度，同时光轴上的位置固定。第2镜头组具有正光焦度，同时沿光轴移动来进行聚焦。第3镜头组具有正光焦度，同时在变倍时沿光轴移动。第4镜头组的光轴上的位置固定。变焦镜头部是望远端状态时的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角小于等于变焦镜头部是广角端状态时的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角。而且，变焦镜头部是望远端状态时，最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角大于等于5°。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及具有电子摄像元件的摄像装置。

背景技术

在利用电子摄像元件进行摄像中，与利用胶卷进行摄影不同，重要的是图像侧的焦阑性。所谓焦阑性，是指对各像点的光线束的主光线在射出光学系统的最后表面之后，与光轴实质上平行。即指对各像点的光线束的主光线与像面实质上垂直相交。

在电子摄像元件中，图像侧的焦阑性是重要的理由在于，因为电子摄像元件的各像素的孔处于稍微离开受光部的位置，所以斜向入射的光被像素的孔阻挡，数值孔径降低。

近年来采用了一种方法，是在电子摄像元件的表面配置微透镜阵列，从而使数值孔径比实际的受光面增加。

还采用一种方法，它通过将该微透镜进行定标，即按照光线的入射角，配置在偏离各像素位置的位置处，使得即使光线对像面的入射角大，但数值孔径也不降低。利用该微透镜的定标，能够适应入射角大到25°左右的情况。

例如，在特开2005-57024号公报中提出一种方法，它在与多个受光元件相对应的多个微透镜上具有平整膜，随着从受光面的中心部分接近端部，就从对应于上述多个微透镜的位置的光电二极管的正上方向中心部分偏移配置，从而抑制数值孔径降低。

但是，由于光线对像面的入射角随焦距而异，因此对于焦距变化的变焦镜头，光线对像面的入射角因变焦位置而变化。

一般，在望远端，出射光瞳位置远离像面，光线几乎垂直入射受光面，但与此相反，在广角端，由于出射光瞳位置接近像面，因此在最大像高处，光线以大角度入射像面。

所以，在望远端与广角端，最大像高处的光线对像面的入射角之差增大，通过微透镜的定标不能适应。

在望远端与广角端，若最大像高处的光线对像面的入射角之差增大，则成为在望远端与广角端对摄像元件的成像位置产生偏移、以及模糊等的原因。

因而，以往变焦镜头存在的课题是，使出射光瞳位置接近像面的广角端的光线入射像面的入射角接近垂直。

特别是近些年来，要求镜头小型化，必须缩短整个镜头的长度。与此相反，为了使广角端的光线入射角接近垂直，而使出射光瞳离开像面时，整个镜头的长度增加，因此要使广角端的光线的入射角垂直是非常困难的。

发明内容

因此，本发明的课题是提供一种摄像装置，该摄像装置在望远端及广角端，能够减小最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角之差，防止在望远端及广角端对摄像元件的成像位置产生偏移。

为了解决上述课题，本发明的摄像装置，包括

变焦镜头部、以及

配置在上述变焦镜头部的光轴上的电子摄像元件，

上述变焦镜头部包括：

具有负光焦度、同时上述光轴上的位置相对于上述电子摄像元件是固定的第1镜头组；

具有正光焦度、同时沿上述光轴移动来校正变倍时成像位置变化，并进行聚焦的第2镜头组；

具有正光焦度、同时在上述变倍时沿上述光轴移动的第3镜头组；

光轴上的位置相对于上述电子摄像元件是固定的第4镜头组，

从被摄像物体侧向上述电子摄像元件依次配置上述第1、第2、第3、第4镜头组，

上述变焦镜头部是望远端状态时的最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角小于等于上述变焦镜头部是广角端状态时的最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角，

而且，在上述变焦镜头部是望远端状态时，最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角大于等于5°。

在本发明的摄像装置中，在上述变焦镜头部为望远端状态时，使最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角大于等于5°，从而能够使广角端的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角与望远端的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角之差小于等于15°。

通过使广角端的入射角与望远端的入射角之差小于等于15°，能够减少电子摄像元件上的成像位置在广角端状态与望远端状态偏移的偏移量，避免模糊等。另外，若广角端的入射角与望远端的入射角之差超过15°，则广角端状态与望远端状态的成像位置偏移，容易产生模糊等。

另外，一实施形态的摄像装置，上述变焦镜头部为望远端状态时的最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角与上述变焦镜头部为广角端状态时的最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角之差小于等于15°。

根据该实施形态的摄像装置，由于望远端的入射角与广角端的入射角之差小于等于15°，因此能够减少电子摄像元件的成像位置的偏移量，避免模糊等。

根据本发明的摄像装置，则在变焦镜头部为望远端状态时，使最大像高的光线入射上述电子摄像元件的入射角大于等于5°，从而能够使广角端的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角与望远端的最大像高的光线入射电子摄像元件的入射角之差小于等于15°。通过使广角端的入射角与望远端的入射角之差小于等于15°，能够减少电子摄像装置的成像位置的偏移量，避免模糊等。

附图说明

根据以下的详细说明及附图，将能够更充分理解本发明。附图仅是为了说明用，不是用于限制本发明。

图1所示为在本发明的摄像装置的实施形态中、变焦镜头部处于广角端状态与望远端状态的中间状态时的剖视图。

图2所示为在上述实施形态中、变焦镜头部处于广角端状态时的剖视图。

图3所示为在上述实施形态中、变焦镜头部处于望远端状态时的剖视图。

图4所示为规定上述实施形态包括的变焦镜头部具有的各镜头组形状的参数的一个例子。

图5所示为上述实施形态的广角端状态、望远端状态、以及广角端与望远端的中间状态下的视场角、焦距及镜头间隔。

图6所示为规定上述实施形态具有的各镜头组的非球面镜头的非球面形状的系数。

图7所示为在上述实施形态中的广角端状态与望远端状态的入射角之差。

具体实施方式

以下，根据图示的实施形态说明本发明。

图1为作为本发明实施形态的摄像装置7的剖视图。摄像装置7具有沿光轴J依次配置的第1～第4镜头组1～4、滤光片5、以及电子摄像元件6。第1～第4镜头组1～4构成变焦镜头Z。从被摄像物体侧向电子摄像元件6依次配置上述第1、第2、第3、第4镜头组1、2、3、4。电子摄像元件6例如用CCD等固体摄像元件构成。

第1镜头组1具有负光焦度，同时光轴J上的位置相对于电子摄像元件6是固定的。另外，第2镜头组2具有正光焦度，同时沿光轴J移动来校正变倍时成像位置变化，并进行聚焦。另外，第3镜头组3具有正光焦度，同时在上述变倍时沿光轴J移动。第4镜头组4具有正光焦度，同时光轴J上的位置相对于电子摄像元件6是固定的。

在图1中，变焦镜头部Z为广角端与望远端的中间状态。另外，第2镜头组2及第3镜头组3利用未图示的驱动系统，能够沿光轴J移动。因而，在图1中，第1镜头组1与第2镜头组2的镜头间隔d1、第2镜头组2与第3镜头组3的镜头间隔d2、第3镜头组3与第4镜头组4的镜头间隔d3分别可变。

接着，在图2中，变焦镜头部Z为广角端状态。即，在图2中，第3镜头组3与图1的状态相比，沿光轴J向电子摄像元件6一侧即像面6A一侧移动，同时第2镜头组2与图1的状态相比，沿光轴J向电子摄像元件6一侧移动，校正变倍时成像位置变化，并进行聚焦。

在图2所示的广角端状态中，与图1所示的中间状态相比，由于出射光瞳位置接近像面6A一侧，因此对像面6A的入射角与图1所示的中间状态相比要大。

接着，在图2中，表示变焦镜头部Z为望远端状态时的摄像装置7。在图3的望远端状态下，第2镜头组2及第3镜头组3沿光轴J向被摄像物体一侧移动，与图2的广角端状态相比，第2镜头组2及第3镜头组3远离像面6A。

在图3的望远端状态中，与图2的广角端状态相比，出射光瞳位置远离像面6A，最大像高的对像面6A的入射角与图2所示的广角端状态相比要小。

下面，参照图4所示的表格说明规定第1～第4镜头组1～4的形状的参数。

图4的No.1表示构成第1镜头组1的一个镜头11的被摄像物体侧的镜头面11A的形状。即，该镜头面11A是球面，曲率半径R为100(mm)。另外，镜头11的中心厚D为0.800(mm)，玻璃材料的折射率n为1.806，阿贝数vd为40.7。另外，所谓中心厚D是光轴J上的厚度。

另外，镜头11的摄像元件6一侧的镜头面11B如图4的No.2所示，是非球面，在光轴J的曲率半径R为5.256(mm)，与构成第2镜头组2的镜头12在光轴J上的距离为镜头间隔d1。

另外，如图4的No.3所示，镜头12的被摄像物体侧的镜头面12A是非球面，在光轴J的曲率半径R为7.295(mm)。另外，镜头12的中心厚D为1.078(mm)，玻璃材料的折射率n为1.821，阿贝数vd为24.1。

另外，镜头12的摄像元件6一侧的镜头面12B是非球面，在光轴J的曲率半径R为13.539(mm)，与第3镜头组3具有的光圈(未图示)之间在光轴J上的距离为镜头间隔d2。

另外，如图4的No.5所示，第3镜头组3的光圈(未图示)的曲率半径R为无穷大(Infinity)，在光轴J上的厚度D为0.100(mm)。

另外，如图4的No.6所示，第3镜头组3具有的镜头13的被摄像物体侧的镜头面13A是非球面，在光轴J上的曲率半径R为2.776(mm)。该镜头13的中心厚D为1.256(mm)，玻璃材料的折射率n为1.589，阿贝数vd为61.3。

另外，镜头13的摄像元件6一侧的镜头面13B如图4的No.7所示，是非球面，曲率半径R为-11.362(mm)。该曲率半径R的负的符号表示镜头面13B在摄像元件6一侧是凸镜面。该镜头13的镜头面13B与相邻的镜头14之间在光轴J上的距离D为0.311(mm)。

另外，如图4的No.8所示，与第3镜头组3中的镜头13相邻的镜头14的被摄像物体侧的镜头面14A是球面，曲率半径R为15.443(mm)。该镜头14的中心厚D为1.325(mm)，玻璃材料的折射率n为1.847，阿贝数vd为23.8。

另外，如图4的No.9所示，镜头14的摄像元件6一侧的镜头面14B是球面，曲率半径R为2.984(mm)，与构成第4镜头组4的镜头15的被摄像物体侧的镜头面15A之间在光轴J上的距离D为镜头间隔d3。

另外，如图4的No.10所示，构成第4镜头组4的一个镜头15的被摄像物体侧的镜头面15A是非球面，曲率半径R为283.209(mm)。该镜头15的中心厚D为1.297(mm)，玻璃材料的折射率n为1.821，阿贝数vd为24.1。

另外，如图4的No.11所示，该镜头15的摄像元件6一侧的镜头面15B是非球面，曲率半径R为-28.652(mm)，镜头面15B与相邻的滤光片5之间在光轴J上的距离D为1.477(mm)。

另外，如图4的No.12所示，滤光片5的被摄像物体侧的面5A的曲率半径R为无穷大，是平坦面。该滤光片5的光轴方向的厚度D为0.50(mm)，折射率n为1.517，阿贝数vd为64.2。另外，该滤光片5的摄像元件6一侧的面5B的曲率半径R为无穷大，是平坦面。

接着，图5所示为在具有上述第1～第4镜头组1～4的摄像装置7中、图2的广角端状态及图1的中间状态及图3的望远端状态的各种状态下的视场角、焦距、以及镜头间隔d1～d3。在图5所示的表中，视场角的单位为角度(°)，焦距及镜头间隔的各数值的单位为mm(毫米)。

另外，与图4的No.2、No.3、No.4、No.6、No.7、No.10、No.11相对应的非球面的镜头面11B、镜头面12A、12B、镜头面13A、13B、镜头面14A、14B的非球面形状用下式(1)规定。

φ＝(1/R)h²·[1+{1-(κ+1)·(1/R)²·h²}^1/2]^-1+A·h⁴

+B·h⁶+C·h⁸+D·h¹⁰ …(1)

在式(1)中，R为镜头面在光轴J的曲率半径(mm)，h为距离光轴J的高度，φ为通过面的顶点并垂直于光轴的平面、与镜头面之间在光轴方向的距离。

另外，在式(1)中，κ、A、B、C、D是系数，与No.1～No.11相对应的镜头面11B、12A、12B、13A、13B分别取图6所示的系数κ、A、B、C、D的值。另外，在图6所示的表格中，E-02、E-03、E-04、E-05、E-06、E-07分别表示×10^-2、×10^-3、×10^-4、×10^-5、×10^-6、×10^-7。

在本实施形态中，包括具有上述那样的第1～第4镜头组1～4的变焦镜头部Z，从而如图7所示，设在图3的望远端状态下，最大像高(表示为100％)的光线入射电子摄像元件6的入射角为8.8°。这时，在图2的广角端状态下，最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为22.4°。因而，变焦镜头部Z是望远端状态时的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角8.8°、与变焦镜头部Z是广角端状态时的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角22.4°之差为13.6°。

另外，如图7所示，在图3的望远端状态下，最大像高的80％的像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为5.8°，在图2的广角端状态下，最大像高的80％的像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为17.5°。因而，对于最大像高的80％的像高，望远端的入射角5.8°与广角端的入射角17.5°之差为11.7°。

另外，如图7所示，在图3的望远端状态下，最大像高的60％的像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为3.5°，在图2的广角端状态下，最大像高的60％的像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为13.5°。因而，对于最大像高的60％的像高，望远端的入射角3.5°与广角端的入射角13.5°之差为9.9°。

即，根据本实施形态，设变焦镜头部Z是望远端状态时的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为大于等于5°的8.8°，从而能够使广角端的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角(22.4°)与望远端的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角(8.8°)之差小于等于15°(13.6°)。

这样，通过使广角端的入射角与望远端的入射角之差小于等于15°，能够减少电子摄像装置的成像位置的偏移量，避免模糊等。

另外，在本实施形态中，使得从变焦镜头部Z的广角端状态到变焦镜头部Z的望远端状态的光线入射角的变化减小，小于等于15°，从而即使在变焦镜头部Z的广角端状态及望远端状态的任何状态下，都能够减少电子摄像元件6的各像素孔产生的阻挡。另外，能够得到3倍的高倍率变焦比。

另外，根据本实施形态，与以往的摄像装置的情况不同，由于不使出射光瞳离开像面，能够减少最大像高的广角端与望远端的入射角之差，因此没有必要加长整个变焦镜头部Z的长度，能够实现镜头系统的小型化。

另外，在上述实施形态中，是设在望远端状态下的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角为8.8°，但若设望远端状态下的最大像高的光线入射电子摄像元件6的入射角大于等于5°(例如，6°、7°、9°、10°…等)，则能够使得从变焦镜头部Z的广角端状态到变焦镜头部Z的望远端状态的光线入射角的变化减小，小于等于15°。因而，能够减少电子摄像装置的成像位置的偏移量，避免模糊等，能够减少电子摄像元件6的各像素孔产生的阻挡，能够实现镜头系统的小型化。

另外，当采用在电子摄像元件的表面配置微透镜阵列、比实际的受光面增加数值孔径的方法时，若为了在某特定的入射角的情况下不产生阻挡而配置微透镜，则对于其它入射角的情况，用微透镜聚焦的光线的一部分被受光元件孔阻挡，但通过减小望远端与广角端的入射角之差，能够减少微透镜的阻挡，能够防止光通量下降。

以上，虽说明了本发明的实施形态，但很清楚这也可以进行各种改变。那样的改变不应该认为超出本发明的精神及范围，作为业内人员不言自明的那样的改变全部包含在下述的权利要求的范围中。

Claims

1.一种摄像装置，其特征在于，包括

变焦镜头部、以及

配置在所述变焦镜头部的光轴上的电子摄像元件，

所述变焦镜头部包括：

具有负光焦度、同时所述光轴上的位置相对于所述电子摄像元件是固定的第1镜头组；

具有正光焦度、同时沿所述光轴移动来校正变倍时成像位置变化，并进行聚焦的第2镜头组；

具有正光焦度、同时在所述变倍时沿所述光轴移动的第3镜头组；

光轴上的位置相对于所述电子摄像元件是固定的第4镜头组，

从被摄像物体侧向所述电子摄像元件依次配置所述第1、第2、第3、第4镜头组，

所述变焦镜头部是望远端状态时的最大像高的光线入射所述电子摄像元件的入射角小于等于所述变焦镜头部是广角端状态时的最大像高的光线入射所述电子摄像元件的入射角，

而且，在所述变焦镜头部是望远端状态时，最大像高的光线入射所述电子摄像元件的入射角大于等于5°。

2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述变焦镜头部是望远端状态时的最大像高的光线入射所述电子摄像元件的入射角与所述变焦镜头部是广角端状态时的最大像高的光线入射所述电子摄像元件的入射角之差小于等于15°。