變焦鏡頭和攝像裝置的製作方法
2023-09-11 16:03:40
專利名稱：變焦鏡頭和攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在CCD型圖像傳感器或CMOS型圖像傳感器等固體攝像元件上，使光學像成像的變焦鏡頭和攝像裝置。
背景技術：
近年來，對於安裝有具備CCD(Charge Coupled Devices)型圖像傳感器或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型圖像傳感器等固體攝像元件小型攝像單元的小型數位照相機和攝像機，要求其固體攝像元件高像素化的同時，希望其具有更高的成像性能和高變倍變焦鏡頭的要求在高漲。且對小型攝像裝置的變焦鏡頭，則要求其更加小型化。
作為小型攝像裝置用的小型變焦鏡頭，例如在專利文獻1中所公開的那樣，其由正光焦度的第一透鏡組、負光焦度的第二透鏡組、正光焦度的第三透鏡組、正光焦度的第四透鏡組構成，並通過在第一透鏡組中設置彎曲光路的稜鏡來謀求變焦鏡頭在厚度方向上的薄型化。
專利文獻1特開2000-131610號公報但專利文獻1所公開的變焦鏡頭，其變倍比也只有三倍左右的小，對於其焦距來說其全長也長。與此相對，卻是希望更小型且具有高變倍比的小型攝像裝置用變焦鏡頭。
發明內容
本發明是鑑於上述課題而開發的，目的在於提供一種小型變焦鏡頭和使用它的攝像裝置，其在例如適合於使用高像素固體攝像元件的數位照相機和攝像機等中具有高成像性能，且變倍比是5～7倍左右。
方案1所述的變焦鏡頭，沿光軸從物方按順序具有第一透鏡組，其具有正光焦度，且在光軸上的位置進行變倍和調焦時其經常被固定；
第二透鏡組，其具有負光焦度；第三透鏡組，其具有正光焦度；第四透鏡組，其具有正光焦度；第五透鏡組，其具有負光焦度；至少使所述第二透鏡組和所述第四透鏡組和所述第五透鏡組移動來進行變倍，所述第一透鏡組，包含通過反射光線來彎曲光路而起作用的反射光學元件，所述第二透鏡組，沿光軸從物方以一個負透鏡、一個負透鏡、一個正透鏡的順序構成，所述第四透鏡組，至少包含兩個正透鏡。
根據方案1所述的變焦鏡頭，其通過沿光軸從物方，以具有正光焦度的所述第一透鏡組、具有負光焦度的所述第二透鏡組、具有正光焦度的所述第三透鏡組、具有正光焦度的所述第四透鏡組和具有負光焦度的所述第五透鏡組的順序來進行配置，能實現兼顧高變倍化和小型化。且通過把所述第二透鏡組，沿光軸從物方以一個負透鏡、一個負透鏡、一個正透鏡的順序構成，而能有效地校正整個變倍區域的軸外色差，通過把一成為高變倍就變大的所述第二透鏡組的負光焦度由兩個負透鏡來分擔，能良好地校正變焦鏡頭整個系統的各種像差，特別是能良好地校正廣角端的畸變和倍率色差。在所述第二透鏡組中至少具有一面的非球面形狀，這在提高所述效果上是理想的。通過透鏡組中光焦度比較大的所述第四透鏡組形成為包含兩個正透鏡的結構，而能抑制產生球差、彗差、場曲。
方案2所述的變焦鏡頭，是在方案1所述的發明中滿足以下的條件式。
0.7f1fWfT2.0...(1)]]>f1所述第一透鏡組的焦距fw所述變焦鏡頭廣角端的焦距fT所述變焦鏡頭望遠端的焦距方案2所述的變焦鏡頭中，條件式(1)是用於適當設定所述第一透鏡組焦距的式子。由於大於下限值，而使所述第一透鏡組的光焦度不過強，能抑制第一透鏡組像差的產生。由於小於上限值，而能適當地確保第一透鏡組的正光焦度，能縮短變焦鏡頭的全長。而且理想的是在下式的範圍就可以。
0.8f1fWfT1.5...(1)]]>方案3所述的變焦鏡頭，是在方案1或2所述的發明中滿足以下的條件式。
-0.8f2fWfT-0.3...(2)]]>f2所述第二透鏡組的焦距fw所述變焦鏡頭廣角端的焦距fT所述變焦鏡頭望遠端的焦距方案3所述的變焦鏡頭中，條件式(2)是用於適當設定所述第二透鏡組焦距的式子。由於大於下限值，能適當地維持第二透鏡組負的光焦度，在得到希望的變焦比的基礎上，能減少第二透鏡組的移動量，所以能縮短變焦鏡頭的全長。而且由於小於上限值，而使第二透鏡組的負光焦度不過大，能抑制第二透鏡組產生像差。而且理想的是在下式的範圍就可以。
-0.6f2fWfT-0.3...(2)]]>方案4所述的變焦鏡頭，是在方案1～3所述的發明中滿足以下的條件式。
n2P＞1.80(3)ν2P＜26.0 (4)n2P所述第二透鏡組正透鏡的d線折射率ν2P所述第二透鏡組正透鏡的d線阿貝數條件式(3)用於更恰當地設定所述第二透鏡組正透鏡的折射率，條件式(4)用於更恰當地設定所述第二透鏡組正透鏡的阿貝數。只要條件式(3)中n2P值大於上限，且條件式(4)中，ν2P值低於上限，則能有效地校正整個變倍區域的軸上、軸外的色差。而且理想的是在以下的範圍就可以。
n2P＞1.85 (3′)ν2P＜23.0 (4′)方案5所述的變焦鏡頭，是在方案1～4任一項所述的發明中，在進行變倍和調焦時，所述第三透鏡組在光軸上的位置經常是固定的。
根據方案5所述的變焦鏡頭，通過在進行變倍和調焦時，使所述第三透鏡組在光軸方向上的位置是常固定的，能使安裝了該變焦鏡頭的例如攝像裝置的透鏡驅動機構簡單化。
方案6所述的變焦鏡頭，是在方案1～5任一項所述的發明中，所述第三透鏡組在光軸上的物方或像方具有孔徑光闌，且其僅由至少具有一面是非球面形狀的一個正透鏡所構成。
根據方案6所述的變焦鏡頭，通過把所述孔徑光闌配置成接近所述第三透鏡組，且把所述第三透鏡組由至少一面具有非球面形狀的單透鏡構成，能一邊確保所述第二透鏡組和所述第四透鏡組的移動空間，一邊有效地校正球差、彗差和場曲。通過把所述孔徑光闌配置在所述第三透鏡組的物方處，能使入射光瞳位置接近光軸上的物方，能使所述第一透鏡組光軸上最靠近物方的透鏡直徑和反射光學元件變小，因此，能使攝像裝置在厚度方向上的厚度變薄，所以這是更理想的。
方案7所述的變焦鏡頭，是在方案1～6任一項所述的變焦鏡頭中，所述第四透鏡組從物方是按正透鏡、負透鏡、正透鏡的順序構成的。
根據方案7所述的變焦鏡頭，其把各透鏡組中成像作用比較強的第四透鏡組，從物方是按正透鏡、負透鏡、正透鏡的順序配置，通過所謂的組合透鏡形式能有效地校正球差、彗差和場曲。
方案8所述的變焦鏡頭，是在方案1～7任一項所述的變焦鏡頭中，所述第四透鏡組包含把正透鏡和負透鏡接合的接合透鏡。
根據方案8所述的變焦鏡頭，通過包含把正透鏡和負透鏡接合的接合透鏡，能把構成第四透鏡組的透鏡元件減少一個，對於接合透鏡不需要進行各透鏡位置的調整，且製造容易，因此能得到好的大量生產性。
方案9所述的變焦鏡頭，是在方案1～8任一項所述的發明中，所述第五透鏡組僅由一個負透鏡構成。
根據方案9所述的變焦鏡頭，通過把所述第五透鏡組由具有負光焦度的單透鏡構成，能一邊確保所述第四透鏡組的移動空間，一邊有效地校正球差，且通過具有負光焦度，能減小變焦鏡頭整個系統的珀茲伐和，良好地校正場曲。
方案10所述的變焦鏡頭，是在方案1～9任一項所述的變焦鏡頭中，其是通過使所述第四透鏡組或所述第五透鏡組在光軸方向上移動來進行調焦的。
根據方案10所述的變焦鏡頭，通過使第四透鏡組、第五透鏡組的任一個透鏡組移動來進行調焦，能把透鏡組驅動機構和調焦時的驅動算法簡單化。
方案11所述的變焦鏡頭，是在方案1～10任一項所述的變焦鏡頭中，其是通過使所述第四透鏡組和所述第五透鏡組在光軸方向上移動來進行調焦的。
根據方案11所述的變焦鏡頭，在第四透鏡組、第五透鏡組的任一個透鏡組或是兩個透鏡組，對於在光軸方向上的移動量焦點位置變化大的情況下，一方面有以少的移動量就能調焦的優點，另一方面為了正確調焦就需要高精度地使移動組移動。由於有時利用使移動組移動的驅動器來進行微小量的移動是困難的，所以在這種情況下，在調焦時只要使第四、第五透鏡組成一體地移動便可，這樣，能使對於光軸方向上移動量的焦點位置變化小。且不需要使第四透鏡組和第五透鏡組的移動量完全一致，考慮到對近距離物體調焦時的像差性能，也可以分別決定最佳的移動量來使其移動。
方案12所述的變焦鏡頭，是在方案1～11任一項所述的發明中，具有第六透鏡組，其具有正光焦度，且至少一面具有非球面形狀。
根據方案12所述的變焦鏡頭，其與僅具有負光焦度的第五透鏡組結構相比，通過配置正光焦度的所述第六透鏡組，能加強兩透鏡組各自的光焦度，能一面確保良好的像側遠心特性，一面有效地校正變焦鏡頭整個系統的各像差。且通過至少一面具有非球面形狀，能一面確保高視場角良好的像側遠心特性，一面有效地校正場曲和畸變。
方案13所述的變焦鏡頭，是在方案1～11任一項所述的變焦鏡頭中，所述變焦鏡頭是由所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組、所述第五透鏡組這五組構成的。
根據方案13所述的變焦鏡頭，通過使所述變焦鏡頭由五組構成，能得到透鏡個數少、成本低且全長短的變焦鏡頭。
方案14所述的變焦鏡頭，是在方案12所述的變焦鏡頭中，所述變焦鏡頭是由所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組、所述第五透鏡組、第六透鏡組這六組構成的。
根據方案14所述的變焦鏡頭，通過使所述變焦鏡頭由六組構成，能一面確保良好的像側遠心特性，一面良好地校正像差，能得到成本低且全長短的變焦鏡頭。通過把最靠近像側的第六透鏡組固定在光軸上，能防止灰塵等附著在攝像元件面上，所以其更理想。
方案15所述的攝像裝置，具有方案1～14任一項所述的變焦鏡頭和攝像元件。
根據本發明，能提供一種小型變焦鏡頭和使用它的攝像裝置，其在例如適合於使用高像素固體攝像元件的數位照相機和攝像機等中，具有高成像性能，且變倍比是5～7倍左右。
圖1是攝像裝置100的方塊圖；圖2是表示手機300內部結構的方塊圖；圖3是實施例1的變焦鏡頭的剖面圖；圖4(A)是實施例1的變焦鏡頭的像差圖；圖4(B)是實施例1的變焦鏡頭的像差圖；圖4(C)是實施例1的變焦鏡頭的像差圖；圖5是實施例2變焦鏡頭的剖面圖；圖6(A)是實施例2的變焦鏡頭的像差圖；圖6(B)是實施例2的變焦鏡頭的像差圖；圖6(C)是實施例2的變焦鏡頭的像差圖；圖7是實施例3的變焦鏡頭的剖面圖；圖8(A)是實施例3的變焦鏡頭的像差圖；圖8(B)是實施例3的變焦鏡頭的像差圖；圖8(C)是實施例3的變焦鏡頭的像差圖；圖9是實施例4的變焦鏡頭的剖面圖；圖10(A)是實施例4的變焦鏡頭的像差圖；
圖10(B)是實施例4的變焦鏡頭的像差圖；圖10(C)是實施例4的變焦鏡頭的像差圖。
具體實施例方式
參照圖1和圖2說明安裝了本發明實施例的變焦鏡頭的攝像裝置100。圖1是攝像裝置100的方塊圖。
如圖1所示，攝像裝置100包括變焦鏡頭101、固體攝像元件102、A/D變換部103、控制部104、光學系統驅動部105、計時發生部106、攝像元件驅動部107、圖像存儲器108、圖像處理部109、圖像壓縮部110、圖像記錄部111、顯示部112、動作部113。
變焦鏡頭101具有使被照體像在固體攝像元件102的攝像面上成像的功能。固體攝像元件102是CCD和CMOS等攝像元件，其把入射光按每個R、G、B進行光電變換，並輸出模擬信號。A/D變換部103，把模擬信號變換成數字的圖像數據。
控制部104控制攝像裝置100的各部分。控制部104包含CPU(CentralProcessing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read OnlyMemory)，其通過從ROM讀出並在RAM展開的各種程序與CPU的協同動作中實行各種處理。
光學系統驅動部105，其通過控制部104的控制，在進行變倍、調焦(後述的第二透鏡組G2、第四透鏡組G4、第五透鏡組G5的移動)、曝光等中驅動控制變焦鏡頭101。計時發生部106，輸出模擬信號輸出用的計時信號。攝像元件驅動部107，控制固體攝像元件102進行驅動掃描。
圖像存儲器108能可以讀出和寫入地對圖像數據進行存儲。圖像處理部109對圖像數據實施各種圖像處理。圖像壓縮部110，通過JPEG(JointPhotographic Experts Group)等壓縮方式把攝像圖像數據進行壓縮。圖像記錄部111，把圖像數據記錄在插入在未圖示槽中的存儲卡等記錄媒體上。
顯示部112，其是彩色液晶屏等，其顯示攝影后的圖像數據、攝影前通過圖像(スル一畫像)和各種操作畫面等。動作部113包含釋放按鈕和用於設定各種模式、值的各種操作鍵，把由用戶操作輸入的信息向控制部104輸出。
在此，說明一下攝像裝置100的動作。在對被照體攝影中，是進行被照體的監控(顯示通過的圖像)和實行圖像攝影。在監控中，通過變焦鏡頭101得到的被照體的像，在固體攝像元件102的受光面上成像。配置在變焦鏡頭101攝影光軸後方的固體攝像元件102，通過計時發生部106、攝像元件驅動部107而被驅動掃描，作為與每一定周期成像的光像相對應的光電變換輸出的模擬信號被輸出一個畫面部分。
該模擬信號，按每RGB各原色成分被適當地進行放大調整後，被A/D變換部103變換成數字數據。該數字數據，通過圖像處理部109進行包含像素插補處理和γ校正處理的彩色處理，生成數字值的亮度信號Y和色差信號Cb、Cr(圖像數據)並收容在圖像存儲器108中，定期地讀出該信號並生成其視頻信號，向顯示部112輸出。
該顯示部112，其在監控中作為電子取景器在起作用，將攝像圖像實時地進行顯示。在該狀態下，隨時根據用戶通過動作部113的操作輸入，而通過光學系統驅動部105的驅動來設定變焦鏡頭101的變倍、調焦、曝光等。
在這種監控狀態下，在要進行靜止畫面攝影時，通過用戶操作動作部113的釋放按鈕，就能攝影靜止圖像數據。根據釋放按鈕的操作，能讀出收容在圖像存儲器108中的一格圖像數據，並通過圖像壓縮部110進行壓縮。該被壓縮了的圖像數據，通過圖像記錄部111而被記錄在記錄媒體上。
上述各實施例和各實施例中的記述，是本發明合適的變焦鏡頭和攝像裝置的一例，但並不限定於此。
例如在上述各實施方式和實施例中，作為安裝了變焦鏡頭的攝像裝置，是以數字靜態照相機為例進行的說明，但並不限定於此，其也可以是錄像機、附帶攝像功能的手機、PHS(Personal Handyphone System)、PDA(Personal Digital Assistant)等至少具有攝像功能的攜帶終端等機器。
其也可以是把安裝有變焦鏡頭的攝像裝置安裝在上述機器上的攝像單元。在此，參照圖2，說明安裝有攝像裝置100的手機300的例子。圖2是表示手機300內部結構的方塊圖。
如圖2所示，手機300包括控制部(CPU)310，其統括控制各部的同時，根據各處理實行程序；操作部320，其用於把號碼等通過鍵進行操作輸入；顯示部330，其除了規定的數據外還顯示攝像的圖像等；無線通信部340，其用於通過天線341與外部伺服器等之間實現各種信息通信；攝像裝置100；存儲部(ROM)360，其用於存儲手機100的系統程序和各種處理程序以及終端ID等必要的各數據；臨時存儲部(RAM)370，其作為臨時容納由控制部310實行的各種處理程序和數據、或處理數據、或攝像裝置100的攝像數據等的作業區域而使用。
攝像裝置100的控制部104與手機300的控制部310被連接成能進行通信，在這種情況下，可以在手機300上能具有圖1所示顯示部112、動作部113等的功能，但攝像裝置100自身的動作基本上是同樣的。更具體說就是，攝像裝置100的外部連接端子(未圖示)，與手機300的控制部310連接，從手機300側向攝像裝置100側發送釋放信號，把由攝像得到的亮度信號和色差信號等圖像信號從攝像裝置100側向控制部310輸出。把該圖像信號通過手機300的控制系統存儲在存儲部360中，或通過顯示部330進行顯示，且能通過無線通信部340作為圖像信息向外部發送。
安裝有變焦鏡頭的攝像裝置，也可以是配置有變焦鏡頭和設置在基板上的控制部和圖像處理部等，以通過插接件等能結合在具有顯示部和操作部等另外體上而能使用為前提的照相機組件的結構。
以下表示的是在圖1攝像裝置100中能使用的變焦鏡頭的實施例，但並不限定於此。各實施例中使用的記號如下。
f變焦鏡頭整個系統的焦距 r曲率半徑d軸上面間隔 nd透鏡材料對d線的折射率νd透鏡材料的阿貝數各實施例中非球面的形狀，是把面的頂點作為原點，把X軸取成光軸方向，把與光軸垂直方向上的高度作為h，由下面的(5)表示。
X=h2/R1+1-(1+k)h2/R2+Aihi...(5)]]>其中，Aii次非球面係數R曲率半徑K圓錐常數在此以後(包含表的透鏡數據)，把10的冪乘數(例如2.5×10-2)用E(例如2.5E-02)來表示。
(實施例1)[規格]焦距f＝6.40mm～16.50mm～42.60mm視場角2ω＝63.4°～24.4°～9.5°實施例1變焦鏡頭的透鏡數據表示在表1。圖3表示的是實施例1變焦鏡頭的剖面圖，圖4表示的是實施例1變焦鏡頭的球差、像散和畸變的像差圖。在此，圖4(A)是焦距6.40mm的像差圖。圖4(B)是焦距16.50mm的像差圖。圖4(C)是焦距42.60mm的像差圖。
(a)(b)[非球面係數]第2面 第22面K＝ 1.5377E-01K＝ 0.0A4＝4.8844E-05A4＝2.1631E-04A6＝4.5944E-08A6＝-4.1901E-06A8＝-1.8464E-09 A8＝-8.9179E-11第11面第25面K＝ 0.0 K＝ 0.0A4＝-1.6B61E-04 A4＝-8.0240E-04A6＝-1.6668E-06 A6＝-4.3649E-06A8＝9.8993E-08A8＝-5.4981E-07第16面第26面K＝ 0.0 K＝ 0.0A4＝-2.1352E-04 A4＝-4.6470E-04A6＝-2.0538E-06 A6＝4.2111E-06A8＝-2.5889E-08 A8＝-4.7375E-07第21面K＝ 0.0A4＝-4.2300E-04A6＝-2.9224E-06A8＝-5.9294E-08
(c)
實施例1的變焦鏡頭是由沿光軸X從物方開始按順序地是由正光焦度的第一透鏡組G1、負光焦度的第二透鏡組G2、孔徑光闌S、正光焦度的第三透鏡組G3、正光焦度的第四透鏡組G4、負光焦度的第五透鏡組G5和負光焦度的第六透鏡組G6所構成，在從廣角端向望遠端變倍時，第一透鏡組G1、第三透鏡組G3、第六透鏡組G6以及孔徑光闌S在光軸上的位置不變，在從廣角端向望遠端變倍時，移動第二透鏡組G2以使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的間隔擴展、移動第四透鏡組G4以使第三透鏡組G3與第四透鏡組G4的間隔變窄、移動第五透鏡組G5以使第五透鏡組G5與第六透鏡組G6的間隔擴展，在調焦時至少第四透鏡組G4或第五透鏡組G5向光軸方向的物方移動。調焦是通過移動所有移動組中的任意移動組都能進行，但由於第二透鏡組G2對於光軸方向上的移動量焦距變化大，在調焦前後攝影視場角的變動明顯，所以移動第二透鏡組G2不理想。而第四透鏡組G4、第五透鏡組G5對於光軸方向上的移動量焦點位置變化大，所以有以少的移動量就能進行調焦的優點。另一方面，為了正確地調焦就需要高精度地移動移動組。由於通過驅動器使移動組移動，有時進行微小量的移動是困難的，所以在這種情況下，在調焦時使第四透鏡組G4、第五透鏡組G5一體進行移動便可，這樣就能使對於光軸方向上移動量的焦點位置變化小。且第四透鏡組G4和第五透鏡組G5的移動量不需要完全一致，考慮到對近距離物體進行調焦時的像差性能，也可以分別決定其最佳的移動量來進行移動。且雖然未圖示，但從廣角端向望遠端變倍時，通過把機械式快門配置於在光軸上位置不變的孔徑光闌S近旁，就能不需要機械式快門動作的機構，所以能把攝像裝置在厚度方向上的厚度變薄。
第一透鏡組G1包括負透鏡L1，其在像側具有非球面形狀、稜鏡P2，其通過反射光線而具有彎曲光路的作用、正透鏡L3和正透鏡L4；第二透鏡組G2包括負透鏡L5，其在像側具有非球面形狀；接合透鏡，其把負透鏡L6和正透鏡L7接合；第三透鏡組G3僅包括在物方具有非球面形狀的正透鏡L8(但在本發明的基礎上也可以把孔徑光闌S包含在第三透鏡組G3中，以下相同)；第四透鏡組G4包括把正透鏡L9和負透鏡L10接合的接合透鏡和兩面具有非球面形狀的正的塑料透鏡L11；第五透鏡組G5僅包括負透鏡L12；第六透鏡組G6僅包括兩面具有非球面形狀的正的塑料透鏡L13。在第六透鏡組G6與固體攝像元件IM的攝像面之間，配置有在光學面上實施了截止紅外線塗層的低通濾波器LP和覆蓋固體攝像元件IM攝像面的密封玻璃SG。本實施例是如上所述那樣配置非球面位置的，但不必要限定於此。
(實施例2)[規格]焦距f＝6.30mm～16.30mm～41.90mm視場角2ω＝62.8°～24.8°～9.9°實施例2的變焦鏡頭的透鏡數據表示在表2。圖5表示的是實施例2的變焦鏡頭的剖面圖，圖6表示的是實施例2的變焦鏡頭的球差、像散和畸變的像差圖。在此，圖6(A)是焦距6.30mm的像差圖。圖6(B)是焦距16.30mm的像差圖。圖6(C)是焦距41.90mm的像差圖。
(a)(b)[非球面係數]第8面 第22面K＝ 0.0 K＝ 0.0A4＝ -2.6216E-05 A4＝ 1.1598E-04A6＝ -1.1672E-07 A6＝ -1.7704E-06A8＝ -2.6507E-10 A8＝ 1.2367E-07第11面 第25面K＝ 0.0 K＝ 0.0A4＝ -9.4666E-05 A4＝ 7.7653E-04A6＝ -1.4058E-06 A6＝ 9.6890E-06A8＝ 1.0098E-07A8＝ -5.3826E-07第16面 第26面K＝ 0.0 K＝ 0.0A4＝ -2.6585E-04 A4＝ 1.4341E-03A6＝ -3.2399E-06 A6＝ 1.5741E-05A8＝ 1.2869E-08A8＝ -3.0294E-06第21面K＝ 0.0A4＝ -3.5613E-04A6＝ -2.0565E-06A8＝ 1.4230E-07
(c)
實施例2的變焦鏡頭，沿光軸X從物方開始按順序由正光焦度的第一透鏡組G1、負光焦度的第二透鏡組G2、孔徑光闌S、正光焦度的第三透鏡組G3、正光焦度的第四透鏡組G4、負光焦度的第五透鏡組G5、正光焦度的第六透鏡組G6構成，在從廣角端向望遠端變倍時，第一透鏡組G1、第三透鏡組G3、第六透鏡組G6以及孔徑光闌S在光軸上的位置不變，在從廣角端向望遠端變倍時，移動第二透鏡組G2以使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的間隔擴展、移動第四透鏡組G4以使第三透鏡組G3與第四透鏡組G4的間隔變窄、移動第五透鏡組G5以使第五透鏡組G5與第六透鏡組G6的間隔擴展，在調焦時至少第四透鏡組G4或第五透鏡組G5向光軸方向的物方移動。調焦通過移動所有移動組中的任意移動組都能進行，但由於第二透鏡組G2對於光軸方向上的移動量焦距變化大，在調焦前後攝影視場角的變動明顯，所以移動第二透鏡組G2不理想。而第四透鏡組G4、第五透鏡組G5對於光軸方向上的移動量焦點位置變化大，所以有以少的移動量就能進行調焦的優點。另一方面，為了正確地調焦就需要高精度地移動移動組。由於通過驅動器使移動組移動，有時進行微小量的移動是困難的，所以在這種情況下，在調焦時使第四透鏡組G4、第五透鏡組G5一體進行移動便可，這樣就能使對於光軸方向上移動量的焦點位置變化小。且第四透鏡組G4和第五透鏡組G5的移動量不需要完全一致，考慮到對近距離物體進行調焦時的像差性能，也可以分別決定其最佳的移動量來進行移動。且雖然未圖示，但從廣角端向望遠端變倍時，通過把機械式快門配置於在光軸上位置不變的孔徑光闌近旁，就能不需要機械式快門動作的機構，所以能把攝像裝置在厚度方向上的厚度變薄。
第一透鏡組G1包括負透鏡L1、稜鏡P2，其通過反射光線而具有彎曲光路的作用、正透鏡L3和正透鏡L4，其在物方具有非球面形狀；第二透鏡組G2包括在像側具有非球面形狀的負透鏡L5和把負透鏡L6和正透鏡L7接合的接合透鏡；第三透鏡組G3僅包括在物方具有非球面形狀的正透鏡L8；第四透鏡組G4包括把正透鏡L9和負透鏡L10接合的接合透鏡和兩面具有非球面形狀的正的塑料透鏡L11；第五透鏡組G5僅包括負透鏡L12；第六透鏡組G6僅包括兩面具有非球面形狀的正的塑料透鏡L13。在第六透鏡組G6與固體攝像元件IM的攝像面之間，配置有在光學面上實施了截止紅外線塗層的低通濾波器LP和覆蓋固體攝像元件IM攝像面的密封玻璃SG。本實施例是如上所述那樣配置非球面位置的，但不必要限定於此。
(實施例3)[規格]焦距f＝6.30mm～13.70mm～30.00mm視場角2ω＝62.2°～28.9°～13.4°實施例3的變焦鏡頭的透鏡數據表示在表3。圖7表示的是實施例3的變焦鏡頭的剖面圖，圖8表示的是實施例3的變焦鏡頭的球差、像散和畸變的像差圖。在此，圖8(A)是焦距6.30mm的像差圖。圖8(B)是焦距13.70mm的像差圖。圖8(C)是焦距30.00mm的像差圖。
(a)(b)[非球面係數]第6面 第21面K＝ -6.7212E-01 K＝-2.0000E+01A4＝-3.9206E-05 A4＝ -5.8776E-04A6＝1.7035E-07 A6＝ 9.5585E-06A8＝3.5972E-09 A8＝ -3.4929E-07第7面 第22面K＝ 0.0 K＝-2.0000E+01A4＝2.6871E-05 A4＝ -1.8400E-04A6＝3.7636E-07 A6＝ 9.5362E-06A8＝-1.7129E-10第14面K＝ 0.0A4＝-3.0671E-04A6＝-2.9107E-06A8＝9.9336E-09第16面K＝ 3.1724E-01A4＝-2.5832E-04A6＝-4.6632E-07A8＝-5.5354E-08
(c)
實施例3的變焦鏡頭，沿光軸X從物方開始按順序由正光焦度的第一透鏡組G1、負光焦度的第二透鏡組G2、孔徑光闌S、正光焦度的第三透鏡組G3、正光焦度的第四透鏡組G4、負光焦度的第五透鏡組G5構成，在從廣角端向望遠端變倍時，第一透鏡組G1、第三透鏡組G3以及孔徑光闌S在光軸上的位置不變，在從廣角端向望遠端變倍時，移動第二透鏡組G2以使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的間隔擴展、移動第四透鏡組G4以使第三透鏡組G3與第四透鏡組G4的間隔變窄，在調焦時至少第四透鏡組G4或第五透鏡組G5向光軸方向的物方移動。調焦通過移動所有移動組中的任意移動組都能進行，但由於第二透鏡組G2對於光軸方向上的移動量焦距變化大，在調焦前後攝影視場角的變動明顯，所以移動第二透鏡組G2不理想。與具有正光焦度第六透鏡組G6的所述實施例1、2相比，由於本實施例第五透鏡組G5的負光焦度不強，所以，第四透鏡組G4和第五透鏡組G5對於光軸方向上移動量的焦點位置變化不太大，所以也可以使第四透鏡組G4或第五透鏡組G5單獨移動來進行調焦。且雖然未圖示，但從廣角端向望遠端變倍時，通過把機械式快門配置於在光軸上位置不變的孔徑光闌近旁，就能不需要機械式快門動作的機構，所以能把攝像裝置在厚度方向上的厚度變薄。
第一透鏡組G1包括負透鏡L1、通過反射光線而具有彎曲光路的作用的稜鏡P2和兩面具有非球面形狀的正透鏡L3；第二透鏡組G2包括負透鏡L4和把負透鏡L5與正透鏡L6接合的接合透鏡；第三透鏡組G3僅包括在物方具有非球面形狀的正透鏡L7；第四透鏡組G4包括在物方具有非球面形狀正透鏡L8和把負透鏡L9與正透鏡L10接合的接合透鏡；第五透鏡組G5僅包括兩面具有非球面形狀的負的塑料透鏡L11。在第五透鏡組G5與固體攝像元件IM的攝像面之間，配置有在光學面上實施了截止紅外線塗層的低通濾波器LP和覆蓋固體攝像元件IM攝像面的密封玻璃SG。本實施例是如上所述那樣配置非球面位置的，但不必要限定於此。
(實施例4)[規格]焦距f＝6.49mm～14.46mm～43.16mm視場角2ω＝60.6°～27.2°～9.2°實施例4的變焦鏡頭的透鏡數據表示在表4。圖9表示的是實施例4的變焦鏡頭的剖面圖，圖10表示的是實施例4的變焦鏡頭的球差、像散和畸變的像差圖。在此，圖10(A)是焦距6.49mm的像差圖。圖10(B)是焦距14.46mm的像差圖。圖10(C)是焦距43.16mm的像差圖。
(a)
(b)[非球面係數]第16面 第23面K＝0.0 K＝0.0A4＝-1.0151E-04 A4＝-2.7435E-04A6＝2.9427E-07 A6＝-1.0766E-05A8＝-6.1442E-08 A8＝4.4548E-07A10＝3.5164E-09 A10＝1.3810E-07第21面 第24面surfaceK＝0.0 K＝0.0A4＝3.9845E-04 A4＝-1.2055E-03
A6＝6.5552E-07 A6＝7.8733E-05A8＝-1.0875E-07A8＝-6.4510E-06A10＝1.5572E-08A10＝2.6289E-07A12＝-8.6908E-09第22面 第25面K＝0.0 K＝0.0A4＝-1.7899E-04A4＝-1.9168E-03A6＝-2.6901E-05A6＝1.4866E-04A8＝1.9058E-06 A8＝-6.6183E-06A10＝4.5581E-08A10＝6.0755E-09A12＝1.5276E-09(c)
實施例4的變焦鏡頭，沿光軸從物方開始按順序由正光焦度的第一透鏡組G1、負光焦度的第二透鏡組G2、孔徑光闌S、正光焦度的第三透鏡組G3、正光焦度的第四透鏡組G4、負光焦度的第五透鏡組G5、正光焦度的第六透鏡組G6構成，在從廣角端向望遠端變倍時，第一透鏡組G1、第三透鏡組G3、第六透鏡組G6以及孔徑光闌S在光軸上的位置不變，在從廣角端向望遠端變倍時，移動第二透鏡組G2以使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的間隔擴展、移動第四透鏡組G4以使第三透鏡組G3與第四透鏡組G4的間隔變窄、移動第五透鏡組G5以使第五透鏡組G5與第六透鏡組G6的間隔擴展，在調焦時至少第五透鏡組G5向光軸方向的物方移動。調焦通過移動所有移動組中的任意移動組都能進行，但由於第二透鏡組G2對於光軸方向上的移動量焦距變化大，在調焦前後攝影視場角的變動明顯，所以移動第二透鏡組G2不理想。而第四透鏡組G4和第五透鏡組G5對於光軸方向上的移動量其焦點位置變化比較大，所以有以少的移動量就能進行調焦的優點。另一方面，為了正確地調焦就需要高精度地移動移動組。由於通過驅動器使移動組移動，有時進行微小量的移動是困難的，所以在這種情況下，在調焦時使第四透鏡組G4和第五透鏡組G5一體進行移動便可，這樣就能使對於光軸方向上移動量的焦點位置變化小。且第四透鏡組G4和第五透鏡組G5的移動量不需要完全一致，考慮到對近距離物體進行調焦時的像差性能，也可以分別決定其最佳的移動量來進行移動。且從廣角端向望遠端變倍時，通過把機械式快門配置於在光軸上位置不變的孔徑光闌近旁，就能不需要機械式快門動作的機構，所以能把攝像裝置在厚度方向上的厚度變薄。
第一透鏡組G1包括負透鏡、通過反射光線而具有彎曲光路的作用的稜鏡、正透鏡和正透鏡；第二透鏡組G2包括負透鏡和把負透鏡與正透鏡接合的接合透鏡；第三透鏡組G3僅包括在物方具有非球面形狀的正玻璃模壓透鏡L8；第四透鏡組G4僅包括把正透鏡、負透鏡和在像側具有非球面形狀的正玻璃模壓透鏡接合的三片接合透鏡；第五透鏡組G5僅包括兩面具有非球面形狀的負塑料透鏡；第六透鏡組G6僅包括兩面具有非球面形狀的正塑料透鏡。在第六透鏡組G6與固體攝像元件IM的攝像面之間，配置有在光學面上實施了截止紅外線塗層的紅外線阻斷濾波器IRCF和覆蓋固體攝像元件攝像面的密封玻璃SG。本實施例是如上所述那樣配置非球面位置的，但不必要限定於此。
把與所述實施例對應的式(1)、(2)的值，匯總在表4。
[實施例的數值表] 在上述實施例中，作為通過反射光線而具有彎曲光路作用的反射光學元件，使用的是稜鏡，但並不限定於此，例如也可以使用反射鏡。通過由稜鏡構成反射光學元件，能縮小通過反射光學系統內的光束徑，因此，能把稜鏡製成小型的，能把攝像裝置厚度方向上的厚度變薄。且最好把稜鏡由滿足以下條件式的材料構成。
ndp＞1.7 (6)ndp稜鏡的d線折射率條件式(6)是規定稜鏡材料折射率範圍的式子。由於大於下限，能縮小通過稜鏡內的光束徑，因此，能把稜鏡製成小型的，能把攝像裝置厚度方向上的厚度變薄。
在上述實施例中，是設計成通過用於彎曲光路的稜鏡來把光路彎曲90度地朝向攝像元件長邊方向的相同方向，但也可以設計成把光軸彎曲成朝向攝像元件短邊方向的相同方向。在把光路彎曲向短邊方向的情況下，由於能縮小稜鏡的大小，所以方便於變焦鏡頭的小型化。
本說明書中的「攝像裝置的厚度方向」，是指與所述第一透鏡組的反射光學元件中入射面的光軸方向相同的方向。
特別是對於具備有固體攝像元件的攝像裝置中使用的變焦鏡頭，為了在整個畫面區域得到良好的受光靈敏度，就要求有像側遠心特性。所謂的像側遠心特性，是指對於各像高其主光線以與光軸平行的角度向固體攝像元件的攝像面射入。近年來，通過在固體攝像元件的成像面上適當配置微透鏡陣列，能校正像側遠心特性的不滿足量。
本發明中的「塑料透鏡」，是由把塑料材料作為母材，且把小徑粒子分散到塑料材料中的原料進行成型而成，且還包含塑料的體積比是大於或等於一半的透鏡，而且還包含以防止反射和提高表面強度為目的的對其表面進行了塗覆處理的情況。
權利要求
1.一種變焦鏡頭，其特徵在於，其沿光軸從物方按順序具有第一透鏡組，其具有正光焦度，且在光軸上的位置進行變倍和調焦時其常被固定；第二透鏡組，其具有負光焦度；第三透鏡組，其具有正光焦度；第四透鏡組，其具有正光焦度；第五透鏡組，其具有負光焦度；至少使所述第二透鏡組、所述第四透鏡組和所述第五透鏡組移動來進行變倍，所述第一透鏡組，具有通過反射光線來彎曲光路而起作用的反射光學元件，所述第二透鏡組，沿光軸從物方以一個負透鏡、一個負透鏡、一個正透鏡的順序構成，所述第四透鏡組，至少包含兩個正透鏡。
2.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其滿足以下的條件式。0.7f1fWfT2.0---(1)]]>f1所述第一透鏡組的焦距fw所述變焦鏡頭廣角端的焦距fT所述變焦鏡頭望遠端的焦距
3.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其滿足以下的條件式。-0.8f2fWfT-0.3---(2)]]>f2所述第二透鏡組的焦距fw所述變焦鏡頭廣角端的焦距fT所述變焦鏡頭望遠端的焦距
4.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其滿足以下的條件式。n2P＞1.80 (3)ν2P＜26.0 (4)n2P所述第二透鏡組正透鏡的d線折射率ν2P所述第二透鏡組正透鏡的d線阿貝數
5.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，在進行變倍和調焦時，所述第三透鏡組在光軸上的位置是常固定的。
6.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述第三透鏡組包括在光軸上的物方或像方具有孔徑光闌和至少一面的非球面形狀的一個正透鏡。
7.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述第四透鏡組從物方是按照正透鏡、負透鏡、正透鏡的順序構成的。
8.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述第四透鏡組包含把正透鏡和負透鏡接合的接合透鏡。
9.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述第五透鏡組僅由一個負透鏡構成。
10.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其是通過使所述第四透鏡組或所述第五透鏡組在光軸方向上移動來進行調焦的。
11.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其是通過使所述第四透鏡組和所述第五透鏡組在光軸方向上移動來進行調焦的。
12.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，其具有第六透鏡組，該第六透鏡組具有正光焦度，且至少一面具有非球面形狀。
13.如權利要求1或2所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述變焦鏡頭由所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組、所述第五透鏡組這五組構成。
14.如權利要求12所述的變焦鏡頭，其特徵在於，所述變焦鏡頭由所述第一透鏡組、所述第二透鏡組、所述第三透鏡組、所述第四透鏡組、所述第五透鏡組、第六透鏡組這六組構成。
15.一種攝像裝置，其特徵在於，其具有權利要求1～14任一項所述的變焦鏡頭和攝像元件。
全文摘要
一種小型變焦鏡頭，在例如使用高像素固體攝像元件的數位照相機和攝像機等中具有高成像性能且變倍比5～7倍左右。沿光軸從物方按順序配置正光焦度第一透鏡組、負光焦度第二透鏡組、正光焦度第三透鏡組、正光焦度第四透鏡組和負光焦度第五透鏡組從而達到高變倍和小型化。第二透鏡組沿光軸從物方以負透鏡、負透鏡和正透鏡順序構成，有效校正整個變倍區域的軸外色差，通過把一成為高變倍就變大的第二透鏡組的負光焦度由兩個負透鏡分擔，能校正變焦鏡頭整個系統的像差，特別是能校正廣角端的畸變和倍率色差。第二透鏡組具有至少一面的非球面，以提高所述的效果。通過透鏡組中使光焦度較大的第四透鏡組包含兩個正透鏡，能抑制產生球差、彗差和場曲。
文檔編號G02B13/18GK1797060SQ20051013625
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月23日 優先權日2004年12月28日
發明者佐野永悟 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社