變焦光學系統及攝像裝置的製作方法

2023-05-02 12:43:36

專利名稱：變焦光學系統及攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在具有攝像功能的小型機器尤其在數碼靜態相機、附帶攝像頭的手機及個人數字助理(PDA:Personal Digital Assistance) 等上可適於使用的變焦光學系統及攝像裝置。
背景技術：
近幾年，在數碼靜態相機等攝像裝置中，隨著CCD (Charge Coupled Device)或CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)等攝像元件 的小型化的發展，作為裝置整體也要求更進一步的小型化。伴隨於此，要 求攝影用透鏡尤其變焦光學系統(變焦鏡頭)基於縮短全長等的薄型化。 以往，作為用於數碼靜態相機等的變焦光學系統，公知的有如專利文獻1 所公開、整體由5組構成的變焦光學系統。專利文獻1中所述的變焦光學 系統為將構成透鏡系的各光學部件在光軸方向不變更的狀態下沿一個方 向直線式排列的所謂直線型光學系統。在此，攝像裝置的厚度方向的大小 事實上由最靠近物體側的光學部件至攝像元件的長度決定。另一方面，近 幾年為了滿足攝像元件的高像素化及高性能化的要求，使得透鏡片數增加 而縮短透鏡系的全長就變得困難起來。因此，實現攝像裝置整體的薄型化 就變得困難起來。於是，為了實現攝像裝置的薄型化，開發了將透鏡系的 光路在中途彎折的所謂屈曲光學系統。屈曲光學系統通過在第1透鏡組內配置直角稜鏡等反射部件將光路在 中途彎折大致90。而使光學系統的厚度方向的長度縮短。作為此種屈曲型 變焦光學系統，公知的有以往用整體上4組構成而在變焦時使第2透鏡組 和第4透鏡組移動的變焦光學系統。另外，因為近幾年要求更高變焦比的 變焦光學系統，所以開發有用屈曲型變焦光學系統形成為整體上5組構成 的、與4組構成相比謀求了高變焦比的變焦光學系統(參照專利文獻2 4)。專利文獻3所述的變焦光學系統，在變焦時僅使第2透鏡組和第4 透鏡組移動，但專利文獻2及4所述的變焦光學系統是除第2透鏡組和第 4透鏡組外還使第5透鏡組在變焦時移動的方式。特許文獻2所述的變焦 光學系統中，第5透鏡組具有調焦功能，通過使第5透鏡組向像面側移動， 而進行由無限遠至近距離的調焦。另外，在變焦時通過第2透鏡組及第4 透鏡組的線性動作使焦距變更，通過第5透鏡組的非線性動作來進行像面 變動的校正。專利文獻1特許第3196283號公報專利文獻2特開2006-301543號公報專利文獻3特開2006-323051號公報專利文獻4特開2006-98686號公報然而，專利文獻1所述的光學系統因第1透鏡組的焦距fl長使得透鏡 全長變長，不利於小型化。另外，專利文獻2所述的光學系統，因為是使 第5透鏡組向像面側移動來進行調焦的方式，所以當調焦時移動第5透鏡 組之際，出瞳距離變動大，容易產生黑斑(shading)變化。並且，因為第 5透鏡組在調焦時接近像面，所以存在著第5透鏡組的透鏡表面附著的灰 塵或瑕疵容易影響畫面質量的問題。另外，專利文獻3所述的光學系統在 將第1透鏡組從反射面分成前組和後組時，由於第1透鏡組中的後組的焦 距flr被設定得長，因此透鏡全長變長而不利於小型化。另外，專利文獻 4所述的光學系統，由於第2透鏡組的焦距f2比設定得長，因此透鏡全長 變長而不利於小型化。發明內容本發明是鑑於相關的問題點而作成的，其目的在於，提供一種可在維 持良好的光學性能的同時縮短透鏡全長且實現小型化的變焦光學系統及 攝像裝置。本發明的第l觀點所涉及的變焦光學系統，從物體側起依次具備在 變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第1透鏡組；在變焦時移動的負的折射力的第2透鏡組；在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第3透鏡組；在變焦時移動且具有調焦功能的正的折射力的第4透鏡組；和在變焦時移動的負的折射力的第5透鏡組，並且，被構成得滿足以下條件式。式 中，fw表示在廣角端的全系統的焦距，fl表示第l透鏡組的焦距；f2表 示第2透鏡組的焦距。在本發明的第1觀點所涉及的變焦光學系統中，通過利用整體上5組構成且採用在變焦時使第2透鏡組、第4透鏡組及第5透鏡組移動的方式， 成為有利於高變焦比化的構成；通過有關第1透鏡組及第2透鏡組的焦距 滿足適當條件，由此，不僅維持良好的光學性能，且縮短透鏡全長，從而 小型化變得容易。而且，同使第5透鏡組具有調焦功能的情況相比，通過 使第4透鏡組具有調焦功能，就使調焦時出瞳距離的變動也小，黑斑變化 變小。並且，調焦時在最靠近像面的第5透鏡組的透鏡表面所附著的灰塵 或瑕疵對畫面質量的影響也變小。本發明的第1觀點所涉及的變焦光學系統中，第1透鏡組也可從物體 側起依次由具有負的折射力的前組、使光路彎折的反射部件、和具有正的 折射力的後組構成。此時，優選滿足以下條件式。式中，flf表示第l透 鏡組的前組的焦距，Hr表示第1透鏡組的後組的焦距。在此構成中，通過採用第l透鏡組內配置的反射部件使光路彎折的屈 曲光學系統的構成，不僅維持良好的光學性能，並抑制光學系統的厚度方 向的長度，且使組裝到攝像裝置時的薄型化變得容易。在屈曲光學系統中， 當組裝到攝像裝置時，其厚度更依存於使光路彎折部分的第1透鏡組的大 小，多於依賴於透鏡的全長。通過滿足條件式(3)，縮短全長的同時也 使含有反射部件的第1透鏡組的小型化變得容易。本發明的第2觀點所涉及的變焦光學系統從物體側起依次具備在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第1透鏡組；在變焦時移動的負的折射力的第2透鏡組;在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第3透鏡組; 在變焦時移動且具有調焦功能的正的折射力的第4透鏡組；和在變焦時移動的負的折射力的第5透鏡組，第1透鏡組從物體側起依次由具有負的折射力的前組、和使光路彎折的反射部件、和具有正的折射力的後組構成，0. 4〈fw/f 1<0. 8 0. 5〈|f2/fw|〈0. 83. 5<flf/flr〈-1. 8且被構成得滿足以下條件式。式中，flf表示第l透鏡組的前組的焦距， fir表示第1透鏡組的後組的焦距。formula see original document page 7而且，優選被構成得滿足以下條件式。式中，fw表示在廣角端的全系 統的焦距，f2表示第2透鏡組的焦距。 0. 5〈if2/fwi〈0. 8 ......(2)在本發明的第2觀點所涉及的變焦光學系統中，通過利用整體上5組 構成且採用在變焦時使第2透鏡組、第4透鏡組及第5透鏡組移動的方式， 有利於高變焦比化。另外，通過採用第l透鏡組內配置的反射部件使光路 彎折的屈曲光學系統的構成，不僅維持良好的光學性能，並抑制光學系統 的厚度方向的長度，且使組裝到攝像裝置時的薄型化變得容易。在屈曲光 學系統中，當組裝到攝像裝置時，其厚度更依存於彎折光路部分的第1透 鏡組的大小，多於依賴於透鏡的全長。通過滿足條件式(3)，縮短全長 的同時使含有反射部件的第l透鏡組的小型化變得容易。而且，同使第5 透鏡組具有調焦功能的情況相比，通過使第4透鏡組具有調焦功能，調焦 時出瞳距離的變動也變小，黑斑變化變小。並且，調焦時在最靠近像面的 第5透鏡組G5的透鏡表面附著的灰塵或瑕疵對畫面質量的影響也變小。在本發明的第l或第2觀點所涉及的變焦光學系統中，在變焦時，使 第2透鏡組及第5透鏡組按照在光軸上沿互不相同的移動方向且共同地進 行線性直線運動的方式移動，並且第4透鏡組按照進行非線性運動的方式 移動也可。由此，在使第2透鏡組及第5透鏡組移動時，可利用單一發動機使其 移動，可實現原來每個移動透鏡組所必需的發動機的個數削減、和移動控 制的簡單化，進而達成含有機構的攝影裝置的小型化和廉價化。另外，在本發明的第1或第2觀點所涉及的變焦光學系統中，第1 第5透鏡組的各透鏡組中含有至少1片塑料透鏡也可。由此，有利於光學 系統的輕量化和廉價化。另外，在本發明的第1或第2觀點所涉及的變焦光學系統中，當第l 透鏡組在後組中具有至少1片正透鏡、第2透鏡組具有至少1片負透鏡時， 優選在第1透鏡組的後組中的至少1片正透鏡上使用塑料透鏡，在第2透鏡組中的至少l片負透鏡上使用塑料透鏡。由此，降低由使用塑料透鏡引 起的溫度變化時的焦點移動。本發明的攝像裝置具備本發明的第1或第2觀點所涉及的變焦光學 系統、和輸出變焦光學系統形成的光學像所對應的攝像信號的攝像元件。在本發明的攝像裝置中，根據由本發明的變焦光學系統得到的高清晰 的光學像，可獲得高清晰的攝像信號。根據本發明的第1觀點所涉及的變焦光學系統，利用整體上5組構成， 採用在變焦時使第2透鏡組、第4透鏡組及第5透鏡組移動的方式，且關於第1透鏡組及第2透鏡組的焦距滿足適當的條件，因此，能夠不僅維持良好的光學性能，並縮短透鏡全長，且達到小型化。根據本發明的第2觀點所涉及的變焦光學系統，利用整體上5組構成， 採用在變焦時使第2透鏡組、第4透鏡組及第5透鏡組移動的方式，並採 用第1透鏡組內配置的反射部件使光路彎折的屈曲光學系統的結構，且關 於第l透鏡組內的前組及後組的焦距滿足適當條件，由此，能夠不僅維持 良好的光學性能，並縮短透鏡全長，且達到小型化。另外，根據本發明的攝像裝置，由於輸出由上述本發明的高性能的變 焦光學系統形成的光學像所對應的攝像信號，因此，可獲得高清晰的攝像 信號。


圖1表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第1構成例， 是對應於實施例1的透鏡剖面圖。圖2表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第2構成例， 是對應於實施例2的透鏡剖面圖。圖3表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第3構成例， 是對應於實施例3的透鏡剖面圖。圖4表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第4構成例， 是對應於實施例4的透鏡剖面圖。圖5表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第5構成例， 是對應於實施例5的透鏡剖面圖。圖6表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第6構成例， 是對應於實施例6的透鏡剖面圖。圖7表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的第7構成例， 是對應於實施例7的透鏡剖面圖。圖8是表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統中的透鏡移動 機構例的剖面圖。圖9是表示實施例1所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖10是表示實施例1所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖11是表示實施例2所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖12是表示實施例2所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖13是表示實施例3所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖14是表示實施例3所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖15是表示實施例4所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖16是表示實施例4所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖17是表示實施例5所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖18是表示實施例5所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖19是表示實施例6所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A) 表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。圖20是表示實施例6所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。圖21是表示實施例7所涉及的變焦光學系統的透鏡數據的圖，(A)
表示基本透鏡數據，(B)表示變焦時移動的部分的面間隔的數據。
圖22是表示實施例7所涉及的變焦光學系統有關的非球面的數據的圖。
圖23是將條件式有關的值針對各實施例進行概括表示的圖。 圖24是表示實施例1所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率色差。
圖25是表示實施例1所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖26是表示實施例2所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖27是表示實施例2所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖28是表示實施例3所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖29是表示實施例3所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖30是表示實施例4所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖31是表示實施例4所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
10圖32是表示實施例5所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像
差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率色差。
圖33是表示實施例5所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖34是表示實施例6所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖35是表示實施例6所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖36是表示實施例7所涉及的變焦光學系統在廣角端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖37是表示實施例7所涉及的變焦光學系統在望遠端的諸像差的像 差圖，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸變，(D)表示倍率 色差。
圖中
GC-光學部件，G1-第1透鏡組，G2-第2透鏡組，G3-第3透鏡組，G4-第4透鏡組，G5-第5透鏡組，Glf-第1透鏡組內的前組，Glr-第l透鏡 組內的後組，Glp-反射部件，LP-直角稜鏡，St-光闌，Ri-從物體側起第 i透鏡面的曲率半徑，Di-從物體側起第i和第i+l透鏡面的面間隔，Zl-光軸，100-攝像元件。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。
圖1 (A) 、 (B)表示本發明的一實施方式所涉及的變焦光學系統的 第1構成例。此構成例對應於下述第1數值實施例(圖9 (A)、圖9 (B) 及圖10)的透鏡構成。另外，圖1 (A)對應於在廣角端(最短焦距狀態)的光學系統配置，圖1 (B)對應於在望遠端(最長焦距狀態)的光學系統 配置。同樣的，將對應於下述第2 第7數值實施例的透鏡構成的第2
第7構成例的剖面構成示於圖2 (A) 、 (B) 圖7 (A) 、 (B)。在圖1 (A) 、 (B) 圖7 (A) 、 (B)中，符號Ri表示將最靠近物體側的構成 要素的面作為第1號並按照隨著朝向像側(成像側)依次增加的方式賦予 符號的第i號的面(即，第i面)的曲率半徑。符號Di表示第i面和第 i+l面在光軸Zl上的面間隔。另外，關於符號Di，僅對變焦時變化的部 分的面間隔D8、 D13、 D16、 D21、 D23賦予符號。再者，由於各構成例的 基本構成相同，因此，以下將圖l (A) 、 (B)所示的第l構成例作為基 礎進行說明。
此變焦光學系統在具有攝像功能的小型機器例如數碼靜態相機、附帶 攝像頭的手機、及PDA等上裝載使用。此變焦光學系統沿光軸Zl從物體 側起依次具備具有正的折射力的第1透鏡組G1、具有負的折射力的第2 透鏡組G2、具有正的折射力的第3透鏡組G3、調節光量的孔徑光闌St、 具有正的折射力的第4透鏡組G4、和具有負的折射力第5透鏡組G5。
此變焦光學系統的成像面配置有CCD等攝像元件100。至少通過此變 焦光學系統和攝像元件100構成本發明的攝像裝置。也可以在第5透鏡組 G5和攝像元件100之間，根據裝載透鏡的相機側的構成，配置各種光學部 件GC。例如可配置用於保護攝像面的防護玻璃或紅外線截止濾波器等平板 狀光學部件。
此變焦光學系統的第1透鏡組Gl及第3透鏡組G3在變焦及調焦時始 終固定，在變焦時使第2透鏡組G2、第4透鏡組G4及第5透鏡組G5在光 軸Z1上移動。而且，第4透鏡組G4具有調焦功能，除變焦時外，在調焦 時也使第4透鏡組G4在光軸Z1上移動。此變焦光學系統隨著自廣角端向 望遠端變焦，各移動組自圖1 (A)的狀態向圖1 (B)的狀態以描畫圖中 用實線表示的軌跡的方式移動。在該情況下，第2透鏡組G2及第5透鏡 組G5按照在光軸Zl上沿互不相同的移動方向且共同地進行線性直線運動 的方式移動。第4透鏡組G4按照進行非線性運動的方式移動。第2透鏡 組G2及第5透鏡組G5主要擔當變焦作用，第4透鏡組G4擔當在變焦時 對像面變動的校正作用。第1透鏡組G1從物體側起依次由具有負的折射力的前組Glf、使光路彎折的反射部件Glp、和具有正的折射力的後組Glr構成。前組Glf例如 由1片負透鏡L11而成。後組Glr例如由2片正透鏡L12、 L13而成。反 射部件Glp，例如由具有將光路彎折大致90°的內部反射面的直角稜鏡LP 構成。第2透鏡組G2例如從物體側起依次由1片負透鏡L21、和由負透鏡 L22及正透鏡L23而成的接合透鏡構成。第3透鏡組G3例如由1片正透鏡 L31構成。第4透鏡組G4例如從物體側起依次由2片透鏡L41、 L42而成 的接合透鏡、和凸面面向物體側的正透鏡L43構成。第5透鏡組G5例如 由l片負透鏡L51構成。此變焦光學系統滿足以下條件式(1) 、 (2)。式中，fw表示在廣角 端的全系統的焦距，f 1表示第1透鏡組Gl的焦距，f2表示第2透鏡組G2 的焦距。0. 4<fw/fK0. 8 ......(1)0. 5〈|f2/fw|〈0.8 ......(2)此變焦光學系統優選滿足以下條件式(3)。式中，flf表示第l透鏡 組Gl的前組Glf的焦距，f lr表示第1透鏡組Gl的後組Glr的焦距。 -3. 5〈flf/flr〈-l. 8 ......(3)圖8表示此變焦光學系統中的透鏡移動機構的構成例。另外，圖8表 示自正面側(光的入射側)看到的此變焦光學系統的構成。此透鏡移動機 構具備使第2透鏡組G2及第5透鏡組G5移動的線性移動機構、和使第 4透鏡組G4非線性移動的非線性移動機構。非線性移動機構具有單一發動機M2、與發動機M2連接的軸20、和螺 合於軸20的傳送塊21。在軸20形成有外螺紋，當軸20隨發動機M2的旋 轉而自轉時，螺合於軸20的傳送塊21就直線移動。未圖示的透鏡驅動控 制部通過控制此發動機M2的旋轉量等，使第4透鏡組G4非線性移動。線性移動機構具有單一發動機M1、與其連接的軸IO、和螺合於軸IO 的2個傳送塊11、 12。發動機M1根據來自未圖示的透鏡驅動控制部的指 示而驅動，將其旋轉力供給軸10。軸10按照與直角稜鏡LP反射後的光軸 平行的方式配置，在相當於第2透鏡組G2的移動範圍的部分形成有第1外螺紋IOA，在相當於第5透鏡組G5的移動範圍的部分形成有第2外螺紋 IOB。第1外螺紋10A和第2外螺紋IOB，其螺紋旋合方向(screwing direct) 相反方向。即，若第1外螺紋10A為右螺絲，則第2外螺紋IOB為左螺絲。 而且，第1外螺紋10A和第2外螺紋10B，其螺紋導程(lead)量也不同。 因此，使軸10旋轉一周時，第1外螺紋10A的進量和第2外螺紋10B的 進量不同。在此第1外螺紋10A螺合有第1傳送塊11，在第2外螺紋10B 螺合有第2傳送塊12。並且，第1傳送塊11與第2透鏡組G2物理性連接， 第2傳送塊12與第5透鏡組G5物理性連接。其結果，當基於發動機Ml 的驅動而軸10自轉時，第1傳送塊11及第2傳送塊12分別直線驅動。 此時，第1外螺紋10A及第2外螺紋10B，由於其螺紋旋合方向相反，因 此，在它們上螺合的第1傳送塊11及第2傳送塊12沿互不相同的方向移 動。並且，與此第1傳送塊11及第2傳送塊12物理性連接的第2透鏡組 G2及第5透鏡組G5也沿互不相同的方向移動。另夕卜，由於第1外螺紋10A 及第2外螺紋10B的螺紋導程量也互不相同，因此，第1傳送塊11及第2 傳送塊12的移動量也互不相同，結果是第2透鏡組G2及第5透鏡組G5 的移動量也不同。其結果，僅通過驅動單一發動機Ml就可使第2透鏡組 G2及第5透鏡組G5沿所期望的方向以所期望的移動量進行線性直線運動。在此透鏡移動機構中，變焦時的第2透鏡組G2及第5透鏡組G5的焦 距變更動作和第4透鏡組G4的像面位置校正動作被分離。由此，可簡化 第2透鏡組G2及第5透鏡組G5的移動機構，其結果，可謀求成本削減或 省空間化。此外，圖8的線性移動機構為一例，只要是可使第2透鏡組G2 及第5透鏡組G5線性移動的機構，其他方式也可以。例如，在上述例中 雖使用了具有軸10和傳送塊11、 12的傳送機構，但只要是可以將來自單 一發動機Ml的驅動力同時傳送至進行移動方向及移動量均不同的直線運 動的2個透鏡組G2、 G5的構成，使用其他傳送機構也可以。例如，也可 以是具有間距互不相同且共同連接於發動機的旋轉軸的2種小齒輪、和與 該2種小齒輪卡合的2種齒條的傳送機構。接下來說明如以上構成的變焦光學系統的作用及效果。在此變焦光學系統中，通過利用整體上5組構成，且在變焦時使第2透鏡組G2、第4透鏡組G4及第5透鏡組G5移動的方式，可形成為有利於 高變焦比化的構成；並且，關於第1透鏡組G1及第2透鏡組G2的焦距滿 足適當的條件式(1) 、 (2)，由此，在維持良好的光學性能的同時使透 鏡全長縮短，就使小型化變得容易。條件式(1)是第1透鏡組Gl的焦距fl有關的式子，通過滿足此式 可將光學系統小型化，可良好地校正整個變焦範圍的像差。當低於條件式(1) 的下限時，因為第1透鏡組G1的折射力變小，所以透鏡全長變長， 又因為包含反射部件Glp的第1透鏡組Gl的外徑也擴大，所以不能達成 光學系統的小型化。當高於上限時，因為第1透鏡組Gl的折射力變強， 所以有利於光學系統的小型化，但由於在第1透鏡組G1發生的像差增大， 由此很難良好地校正整個變焦範圍的像差。條件式(2)是第2透鏡組G2的焦距f2有關的式子，通過滿足此式 可將光學系統小型化，可良好地校正整個變焦範圍的像差。當低於條件式(2) 的下限時，由於第2透鏡群G2的折射力變大，從而有利於小型化， 但是，在第2透鏡群G2發生的像差增大，就很難良好地校正整個變焦範 圍的像差。當高於上限時，第2透鏡組G2的折射力變小，在第2透鏡組 G2發生的像差縮小，但是，透鏡全長變長，不能達成小型化。在此變焦光學系統中，入射於第1透鏡組Gl的物體光，由直角稜鏡 LP的內部反射面朝第2透鏡組G2側彎折大致90° ，在按照相對於第1透 鏡組Gl的入射面為正交的方式配置的攝像元件100上成像。通過採用此 種屈曲光學系統的構成，可在維持良好的光學性能的同時抑制光學系統的 厚度方向的長度，可達成組裝到攝像裝置時的薄型化。在此種屈曲光學系 統的構成中，第l透鏡組Gl從物體側起依次由具有負的折射力的前組Glf、 使光路彎曲的反射部件Glp、和具有正的折射力的後組Glr構成，通過在 反射部件Glp前配置具有負的折射力的前組Glf ，可達成反射部件Glp的 小型化和光學系統的薄型化。條件式(3)是關於第1透鏡組G1內具有負的折射力的前組Glf和具 有正的折射力的後組Glr的焦距flf、 flr的式子，通過滿足此式可達成 包含反射部件Glp的第1透鏡組Gl的外徑的小型化和縮短透鏡全長。當低於條件式(3)的下限時，因為第1透鏡組G1內的前組Glf的折射力變小且通過反射部件Glp的光束直徑變大，所以含有反射部件Glp的第1透 鏡群G1的外徑就變大。當高於上限時，因為第1透鏡組G1內的後組Glr 的折射力變小，所以透鏡全長變長。而且，在此變焦光學系統中，在變焦時使第2透鏡組G2及第5透鏡 組G5移動之際以不同的移動方向且共同進行線性直線運動，由此在使第2 透鏡組G2及第5透鏡組G5移動之際，如圖8所示，可利用單一發動機M1 使其移動。由此，可實現原來每個移動透鏡組時所必需的發動機的個數削 減、和移動控制的簡化，並且達成含有機構的攝影裝置的小型化和廉價化。 而且，通過使第4透鏡組G4在調焦時移動，在調焦時出瞳距離的變動也 變小，可減少黑斑的變化。並且，與使最靠近像面的第5透鏡組G5移動 的方式相比，在調焦時第5透鏡組G5的透鏡表面附著的灰塵或瑕疵對畫 面質量影響也變小。另外，在此變焦光學系統中，在第1 第5透鏡組G1 G5的各透鏡組 中至少含有1片塑料透鏡也可。由此，可謀求光學系統的輕量化和廉價化。 此時，優選在第1透鏡組Gl的後組Glr中的至少1片正透鏡上使用塑料 透鏡，在第2透鏡組G2中的至少1片負透鏡上使用塑料透鏡。塑料透鏡 在溫度變化時的折射率變化和膨脹率大於玻璃透鏡，為此，若頻繁使用塑 料透鏡則溫度變化時的焦點移動就增大，但通過在第1透鏡組Gl的後組 Glr中的至少1片正透鏡上使用塑料透鏡、在第2透鏡組G2中的至少1 片負透鏡上使用塑料透鏡，可減少溫度變化時的焦點移動。如以上說明，根據本實施方式所涉及的變焦光學系統，可在維持良好 的光學性能的同時將透鏡全長縮短，從而實現小型化的光學系統。而且， 根據本實施方式所涉及的攝像裝置，由於形成得輸出由本實施方式所涉及 的高性能變焦光學系統形成的光學像所對應的攝像信號，由此可獲得高清 晰的攝像信號。接著，說明本實施方式所涉及的變焦光學系統的具體的數值實施例。 以下概括說明第1 第7的數值實施例。圖9 (A) 、 (B)及圖IO表示對應於圖1 (A) 、 (B)所示的變焦光學 系統的構成的具體透鏡數據。尤其圖9 (A)表示其基本的透鏡數據，圖9(B)及圖10表示其它數據。在圖9 (A)所示的透鏡數據中的面號碼Si欄，表示對實施例1所涉及的變焦光學系統將最靠近物體側的構成要素的 面作為第1號且按照隨著朝向像側依次增加的方式賦予符號的第i號(i=l 25)面(即，第i面)的號碼。在曲率半徑Ri欄，表示與圖1中 賦予的符號Ri對應而從物體側起第i面的曲率半徑值(mm)。關於面間 隔Di欄，也同樣表示從物體側起第i面Si和第i+l面Si + 1在光軸上的 間隔(mm)。在Ndi欄中表示從物體側起第i面Si和第i+l面Si+1之間 的相對於d線(587.6nm)的折射率值。在vdj欄，表示從物體側起第j 光學要素相對於d線的阿貝數值。圖8 (A)中還表示作為諸數據的在廣角 端及望遠端的全系統的近軸焦距f(mm)、 F數(FNO.)及視角2 "(":半視 角)的值。實施例1所涉及的變焦光學系統，因為在變焦時使第2透鏡組G2、第 4透鏡組G4及第5透鏡組G5在光軸上移動，所以這些各組的前後面間隔 D8、 D13、 D16、 D21、 D23的值可變。作為這些面間隔D8、 D13、 D16、 D21、 D23在變焦時的數據，在圖9 (B)中表示其在廣角端及望遠端的值。圖9 (A)的透鏡數據中，在面號碼的左側賦予的符號表示其透 鏡面為非球面形狀。實施例1所涉及的變焦光學系統，第1透鏡組Gl內 的透鏡L13的兩面S7及S8、第3透鏡組G3的透鏡L31的兩面S14及S15、 和第4透鏡組G4內的透鏡L43的兩面S20及S21全部為非球面形狀。作 為這些非球面的曲率半徑，在圖9 (A)的基本透鏡數據中表示光軸附近的 曲率半徑數值，。在圖10中表示實施例1所涉及的變焦光學系統的非球面數據。在作 為非球面數據所表示的數值中，符號"E"表示其之後的數值是以10為底 數的"冪指數"，表示由以IO為底的指數函數所示的數值與"E"前的數 值相乘。例如，若「1.0E-02」，則表示「1.0X10-2」。作為實施例1所涉及的變焦光學系統的非球面數據，標記由以下式(A) 表示的非球面形狀的式的各係數A 、 K的值。更詳細而言，Z表示從距光 軸具有高度Y的位置上的非球面上的點垂下到非球面的頂點切向平面(垂 直於光軸的平面)的垂直長度(mm)。實施例l所涉及的變焦光學系統，作為非球面係數An，適當有效地使用A3 A2。的次數表示。Z=C Y7{1+(1 -K C2 Y2)'/2} + SAn Yn ......(A)(n二3以上的整數) 在此，Z:非球面的深度(ram)Y:光軸至透鏡面的距離(高度)(mm)K:離心率 C:近軸曲率=1/尺 (R:近軸曲率半徑)An:第n次的非球面係數與以上實施例l所涉及的變焦光學系統同樣，將對應於圖2(A)、 (B) 所示的變焦光學系統的構成的具體透鏡數據作為實施例2，示於圖11 (A)、 圖11 (B)及圖12。並且，同樣將對應於圖3 (A)、 (B)所示的變焦光學 系統的構成的具體透鏡數據作為實施例3,示於圖13 (A)、圖13 (B)及 圖14。並且，同樣將對應於圖4 (A)、 (B)所示的變焦光學系統的構成 的具體透鏡數據作為實施例4，示於圖15 (A)、圖15 (B)及圖16。再 同樣將對應於圖5 (A) 、 (B)所示的變焦光學系統的構成的具體透鏡數據 作為實施例5，示於圖17 (A)、圖17 (B)及圖18。又同樣將對應於圖6 (A)、 (B)所示的變焦光學系統的構成的具體透鏡數據作為實施例6，示 於圖19 (A)、圖19 (B)及圖20。再同樣將對應於圖7 (A) 、 (B)所示 的變焦光學系統的構成的具體透鏡數據作為實施例7，示於圖21 (A)、 圖21 (B)及圖22。另外，關於實施例2 6的任一變焦光學系統，也與實施例1所涉及 的變焦光學系統同樣，第1透鏡組G1內的透鏡L13的兩面S7及S8、第3 透鏡組G3的透鏡L31的兩面S14及S15、和第4透鏡組G4內的透鏡L43 的兩面S20及S21全部為非球面形狀。關於實施例7的變焦光學系統，也與實施例1所涉及的變焦光學系統 同樣，第1透鏡組G1內的透鏡L13的兩面S7及S8、第3透鏡組G3的透 鏡L31的兩面S14及S15、和第4透鏡組G4內的透鏡L43的兩面S20及 S21全部為非球面形狀。而且，在實施例7的變焦光學系統中，除此之外，第2透鏡組G2內的透鏡L21的兩面S9及S10為非球面形狀。另外，在實 施例7的變焦光學系統中，第1 第5透鏡組G1 G5的各透鏡組中包含有 l片塑料透鏡。具體而言，在第l透鏡組Gl的後組Glr中的正透鏡L13、 第2透鏡組G2中的負透鏡L21、第3透鏡組G3中的正透鏡L31、第4透 鏡組G4中的正透鏡L43、第5透鏡組G5中的負透鏡L51上使用塑料透鏡。 圖23表示將上述各條件式有關的值針對各實施例歸納後的表格。從 圖23得知，各實施例的值在各條件式的數值範圍內。圖24 (A) 圖24 (D)分別表示實施例1所涉及的變焦光學系統在 廣角端的球差、像散、畸變(畸變)及倍率色差。圖25 (A) 圖25 (D) 表示在望遠端的同樣的各像差。各像差圖中表示以d線(587.6nm)為基 準波長的像差。球差圖及倍率色差圖中還表示有關波長460nm、 615nm的 像差。像散圖中的實線表示弧矢方向的像差，虛線表示子午方向的像差。 FNO.表示F值，"表示半視角。同樣，將實施例2所涉及的變焦光學系統有關的諸像差示於圖26(A) 圖26 (D)(廣視角)及圖27 (A) 圖27 (D)(望遠端)。同樣， 將實施例3所涉及的變焦光學系統有關的諸像差示於圖28(A) 圖28(D)(廣角端)及圖29 (A) 圖29 (D)(望遠端)；將實施例4所涉及的 變焦光學系統有關的諸像差示於圖30 (A) 圖30 (D)(廣角端)及圖 31 (A) 圖31 (D)(望遠端)；將實施例5所涉及的變焦光學系統有關 的諸像差示於圖32 (A) 圖32 (D)(廣角端)及圖33 (A) 圖33 (D)(望遠端)；將實施例6所涉及的變焦光學系統有關的諸像差示於圖34(A) 圖34(D)(廣角端)及圖35 (A) 圖35 (D)(望遠端)。另 外，將實施例7所涉及的變焦光學系統有關的諸像差示於圖36 (A) 圖 36(D)(廣角端)及圖37 (A) 圖37 (D)(望遠端)。從以上各數值數據及各像差圖得知，關於各實施例，良好地校正諸像 差並在維持良好的光學性能的同時縮短透鏡全長且達成小型化，從而能夠 實現適合裝載於攝像裝置且薄型化的變焦光學系統。另外，本發明不受限於上述實施方式及各實施例，可以進行各種變形 實施。例如，各透鏡成分的曲率半徑、面間隔及折射率值等不受限於上述 各數值實施例所示的值，可取其他值。
權利要求
1.一種變焦光學系統，其特徵在於，從物體側起依次具備在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第1透鏡組；在變焦時移動的負的折射力的第2透鏡組；在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第3透鏡組；在變焦時移動且具有調焦功能的正的折射力的第4透鏡組；和在變焦時移動的負的折射力的第5透鏡組，並且，被構成得滿足以下條件式0.4＜fw/f1＜0.8……(1)0.5＜|f2/fw|＜0.8……(2)在此，fw在廣角端的全系統的焦距，f1第1透鏡組的焦距，f2第2透鏡組的焦距。
2. 根據權利要求l所述的變焦光學系統，其特徵在於，上述第1透鏡組從物體側起依次由具有負的折射力的前組、使光路彎折的 反射部件、和具有正的折射力的後組構成，且被構成得滿足以下條件式--3. 5〈flf/flr〈-1.8 ...... (3)在此，flf:第l透鏡組中的前組的焦距， flr:第l透鏡組中的後組的焦距。
3. —種變焦光學系統，其特徵在於，從物體側起依次具備在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第1透鏡 組、在變焦時移動的負的折射力的第2透鏡組、在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第3透鏡組、在變焦時移動且具有調焦功能的正的折射力的第4透 鏡組、和在變焦時移動的負的折射力的第5透鏡組，上述第1透鏡組從物體側起依次由具有負的折射力的前組、使光路彎折的 反射部件、和具有正的折射力的後組構成，且被構成得滿足以下條件式formula see original document page 3在此，flf:第l透鏡組中的前組的焦距， fir:第l透鏡組中的後組的焦距。
4. 根據權利要求3所述的變焦光學系統，其特徵在於，還滿足以下條件式-formula see original document page 3此處，fw:在廣角端的全系統的焦距， f2:第2透鏡組的焦距。
5. 根據權利要求1 4中任一項所述的變焦光學系統，其特徵在於， 在變焦時，上述第2透鏡組及上述第5透鏡組按照在光軸上沿互不相同的移動方向且共同地進行線性直線運動的方式移動，並且上述第4透鏡組按照進 行非線性運動的方式移動。
6. 根據權利要求1 5中任一項所述的變焦光學系統，其特徵在於， 上述第1 第5透鏡組的各透鏡組中包含至少一片塑料透鏡。
7. 根據權利要求2或權利要求3 6中任一項所述的變焦光學系統，其特 徵在於，上述第1透鏡組在上述後組中至少具有一片正透鏡； 上述第2透鏡組至少具有一片負透鏡，在上述第1透鏡組的上述後組中的至少一片上述正透鏡上使用塑料透鏡， 並且在上述第2透鏡組中的至少一片上述負透鏡上使用塑料透鏡。
8. —種攝像裝置，其特徵在於，具備 權利要求1 7中任一項所述的變焦光學系統；和 輸出上述變焦光學系統形成的光學像所對應的攝像信號的攝像元件。
全文摘要
本發明提供一種在維持良好的光學性能的同時將透鏡全長縮短從而實現小型化的變焦光學系統及攝像裝置。其特徵在於，從物體側起依次具備在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第1透鏡組(G1)、在變焦時移動的負的折射力的第2透鏡組(G2)、在變焦及調焦時處於固定的正的折射力的第3透鏡組(G3)、在變焦時移動且具有調焦功能的正的折射力的第4透鏡組(G4)、和在變焦時移動的負的折射力的第5透鏡組(G5)。且滿足以下條件式。fw表示在廣角端的全系統的焦距，f1表示第1透鏡組(G1)的焦距，f2表示第2透鏡組(G2)的焦距。0.4＜fw/f1＜0.8……(1)；0.5＜|f2/fw|＜0.8 ……(2)。
文檔編號G02B9/60GK101276045SQ20081008625
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月24日 優先權日2007年3月28日
發明者小裡哲也 申請人:富士能株式會社