变焦透镜以及摄像装置的制作方法

专利名称：变焦透镜以及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来对CCD型影像感应或CMOS型影像感应等固体摄像元件成光学像的变焦透镜以及摄像装置。

背景技术：
近年来，备有CCD(Charge Coupled Devices)型影像感应或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型影像感应等固体摄像元件的装载了小型摄像单元的小型数字照相机、摄像机，其中，随着固体摄像元件的高像素化，对具有更高成像性能的高变倍变焦透镜的要求越来越高。另外，对小型摄像装置的变焦透镜，有要求更进一步实现小型化。
作为小型摄像装置用的小型变焦透镜，例如特开2005-195757号公报中公开，由正折射力的第1透镜组和、负折射力的第2透镜组和、正折射力的第3透镜组和、正折射力的第4透镜组和、负折射力的第5透镜组和、正或负的第2透镜组构成的，通过在第1透镜组中配置偏折光路的棱镜，来实现变焦透镜厚度方向的薄型化的小型变焦透镜。
但是，这里公开的变焦透镜，其变倍比在3～5倍左右较小，存在一个相对其变倍比来说全长太长之问题。


发明内容
本发明鉴于上述课题，以提供一种尤其适合用于采用高像素固体摄像元件的数码相机、摄像机等的，具有较高成像性能的，变倍比在7～8倍左右的小型变焦透镜以及摄像装置为目的。
本发明中的结构，是通过移动多个透镜组来进行变倍的变焦透镜，沿着光轴从物体侧起依次包括 具有正折射力的、在变倍以及对焦之际光轴上的位置一直固定的第1透镜组和、 具有负折射力的第2透镜组和、 具有正折射力的第3透镜组和、 具有正折射力的第4透镜组和、 具有负折射力的第5透镜组和、 具有正折射力的第6透镜组， 所述第1透镜组中包括带有通过使光线反射而起到偏折光路作用的反射光学元件。另外，对有限距离物体的对焦，是至少用所述第5透镜组来进行的，变焦透镜的焦点距离和构成变焦透镜的透镜组的横向倍率，满足一定的条件。



图1摄像装置100的区划图。
图2手机300的内部结构区划示意图。
图3实施例1中的变焦透镜的截面图。
图4图4(A)～图4(C)分别是实施例1中变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差示意图。
图5实施例2中的变焦透镜的截面图。
图6图6(A)～图6(C)分别是实施例2中变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差示意图。
图7实施例3中的变焦透镜的截面图。
图8图8(A)～图8(C)分别是实施例3中变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差示意图。
图9实施例4中的变焦透镜的截面图。
图10图10(A)～图10(C)分别是实施例4中变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差示意图。
实施发明的最佳形态 以下，对本发明中的优选形态进行说明。
第1项记载的变焦透镜， 是通过移动多个透镜组来进行变倍的变焦透镜， 沿着光轴从物体侧起依次包括 具有正折射力的、在变倍以及对焦之际光轴上的位置一直固定的第1透镜组和、 具有负折射力的第2透镜组和、 具有正折射力的第3透镜组和、 具有正折射力的第4透镜组和、 具有负折射力的第5透镜组和、 具有正折射力的第6透镜组， 所述第1透镜组中包括带有通过使光线反射而起到偏折光路作用的反射光学元件， 至少用所述第5透镜组来进行对有限距离物体的对焦， 满足以下的条件式 (数1) 其中，βmax对无限被摄物体对焦时，焦点组以后的透镜组的横向倍率的、在所述变焦透镜的广角端至望远端之间的最大值， fw所述变焦透镜广角端的焦点距离(mm)， fT所述变焦透镜望远端的焦点距离(mm)。
根据第1项记载的变焦透镜，通过沿着光轴从物体侧起，依次配置具有正折射力的第1透镜组、具有负折射力的第2透镜组、具有正折射力的第3透镜组、具有正折射力的第4透镜组、具有负折射力的第5透镜组、具有正折射力的第6透镜组，能够兼顾高变倍化和小型化。
在此，有关小型变焦透镜的尺度，本发明中的结构，以满足下式水平的小型化为目标。通过满足(6)式所示条件，能够缩短变焦透镜的全长，通过满足(7)式所示条件，能够减薄反射光学元件的厚度，所以，能够减薄摄像装置厚薄方向的厚度。由此，能够实现摄像装置整体的小型轻量化。
L/V＜12.0(6) (数5) 其中，L所述变焦透镜整个系统的最靠物体侧的透镜面至像侧焦点的光轴上的距离， V所述变焦透镜的从广角端向望远端的变倍比， PL所述变焦透镜的反射光学元件的光轴上的厚薄(mm)， fw所述变焦透镜广角端的焦点距离(mm)， fT所述变焦透镜望远端的焦点距离(mm)。
在此，像侧焦点是指变焦透镜上平行于光轴的光线入射时的像点。而且，在变焦透镜的最靠像侧的面和像侧焦点位置之间，配置光学性低透过过滤、红外线过滤、或固体摄像元件插件的封帖玻璃等平行平板的情况时，平行平板部分作为空气换算后再计算上述L值。
条件式(1)是用来适当设定对无限远被摄物体对焦时，焦点组以后的透镜组的横向倍率的、在广角端至望远端之间的焦点距离中的最大值的条件式。焦点组以后的透镜组的横向倍率变大的话，则对于相应的焦点组的光轴方向的移动量来说，像点位置的变动变大。对于焦点组的光轴方向的移动量来说像点位置变动变大的话，有可以用较少移动量来进行对焦之有利点，但是，作正确的对焦的话则有必要高精度地移动焦点组。由于移动焦点组的传动装置的情况，有时难于作微小的移动，而即使能够实现成本也较高。
在此，通过使条件式(1)的值小于上限制，使得焦点组以后的透镜组的横向倍率不至于变得太大，这样能够防止对于焦点组的光轴方向的移动量来说像点位置变动变得太大。另外，通过使条件式(1)的值大于下限制，对焦时的焦点组的移动量不至于太大，这样，就没有必要较大地确保焦点组的移动空间，所以，能够达成变焦透镜整体的小型化。另外，能够适度地维持为焦点组的第5透镜组的负的折射力，摄像透镜整个系统的珀兹瓦和变小，能够良好的修正像平面弯曲，并且，通过加强由负的折射力的第5透镜组和正的折射力的第6透镜组起到的望远效果，能够达成变焦透镜整体的小型化。而且，优选满足条件式(1′)。
(数2) 本说明书中的透镜组是指向有限远距离物体对焦之际，在光轴上移动的透镜组。另外，也可以对伴随透镜组变倍的像点位置变动进行补偿。
另外，本说明书中对无限远被摄体对焦时的透镜组以后的透镜组的横向倍率，是指从变焦透镜组中的透镜组中，由变焦透镜的最后的透镜组所构成的透镜组的横向倍率。
第2项记载的变焦透镜，是第1项记载的结构，其中，所述第3透镜组在变倍以及对焦之际，光轴上的位置保持固定，所以，通过变倍以及对焦之际保持第3透镜组的光轴方向的位置固定，能够简化装载了这种变焦透镜的摄像装置的透镜驱动机构。
第3项记载的变焦透镜，是第1或2项中记载的结构，其中，所述第3透镜组仅由至少具有1面非球面形状的1个正透镜和、配置在所述正透镜光轴上的物体侧或像侧的孔径光圈构成。
通过将孔径光圈配置在接近第3透镜组，并且第3透镜组由至少1面具有非球面形状的单透镜构成，这样，确保了第2透镜组以及第4透镜组的移动空间，能够有效的修正球面像差、彗形像差以及像平面弯曲。另外，通过将孔径光圈配置在第3透镜组的物体侧，能够使入射光瞳位置接近光轴上的物体侧，能够减小第1透镜组光轴上最靠物体侧的透镜之直径和反射光学元件，因此，能够减薄摄像装置厚薄方向的厚度，所以优选。
第4项记载的变焦透镜，是第1～3的任何一项中记载的结构，其中，所述第2透镜组由2个负透镜和1个正透镜构成。
通过用2个负透镜和1个正透镜构成第2透镜组，能够有效的修正在整个变倍区域中的轴外的色像差，通过用2个负透镜来分担高变倍时变大的第2透镜组的负折射力，能够良好的修正变焦透镜整个系统的诸像差，尤其能够良好的修整在广角端的畸变倍率色像差。
第5项记载的变焦透镜，是第1～4的任何一项中记载的结构，其中，所述第2透镜组含有满足以下条件式的正透镜。
N2p＞1.80(2) ν2p＜26.0 (3) 其中，N2p所述第2透镜组的正透镜的d线的折射率 ν2p所述第2透镜组的正透镜的d线的阿贝数。
条件式(2)是规定用来适当地设定第2透镜组的正透镜的折射率的条件。条件式(3)是规定用来适当地设定第2透镜组的正透镜的阿贝数的条件。(2)式中，通过N2p大于其下限值，另外(3)式中，通过ν2p小于其上限值，能够在整个变倍区域中，有效的修正轴上、轴外的色像差。而且，优选满足以下条件式。
N2p＞1.85(2′) ν2p＜23.0 (3′) 第6项记载的变焦透镜，是第1～5的任何一项中记载的结构，其中，所述第1透镜组含有满足以下条件式的正透镜。
ν1p＞80 (4) 其中，ν1p所述第1透镜组中的正透镜的d线的阿贝数。
如本结构的这种高变倍变焦透镜，因为在望远端大束光束穿过第1透镜组中的正透镜，所以色像差变大。在此，在第1透镜组中的正透镜中使用满足条件式(4)那样阿贝数的异常分散玻璃材料或特殊低分散玻璃材料，能够减低望远端的色像差。
第7项记载的变焦透镜，是第1～6的任何一项中记载的结构，其中，所述第1透镜组的透镜都是球面透镜。
如本结构的这种高变倍变焦透镜，第1透镜组中的透镜径大，使用玻璃模式非球面透镜则成型非常困难，还有成本上升之问题。另外，因为大束光束穿过在望远端的第1透镜组中的透镜，所以，面形状误差引起的性能劣化显著，而非球面透镜在成型上要求有很高的面精度。在此，通过都用球面透镜来构成第1透镜组，可以用比较容易作出面精度的研磨加工来制造透镜，能够克服上述问题。而且，通过在第1透镜组中使用2个正透镜，能够用2个正透镜来分担高变倍时变大的第1透镜组中的正折射力，能够不使用非球面而良好的修正像差，所以优选。
第8项记载的变焦透镜，是第1～7的任何一项中记载的结构，其中，所述第5透镜组由1个至少具有1面非球面形状的塑料透镜构成。
通过使得为移动组的第5透镜组持有非球面形状，这样，能够有效的修正变倍以及对焦时的高画角时的像平面弯曲、畸变的变动。另外，通过用1个塑料透镜来构成，能够减轻附加在驱动机构的负担。
第9项记载的变焦透镜，是第1～8的任何一项中记载的结构，其中，所述第4透镜组仅由从物体侧起依次为正透镜和负透镜和正透镜的3个接合透镜构成。
将在各透镜组中，成像作用比较强的第4透镜组构成为从物体侧起，正透镜、负透镜、正透镜依次配置的所谓三合透镜形式，能够有效的修正球面像差、彗形像差、像平面弯曲。另外，通过使用2个正透镜，能够分担正的折射力，能够抑制球面像差、像平面弯曲的发生。并且，通过做成3个透镜的接合透镜，第4透镜组成为仅由1个接合透镜构成的结构，所以，没有必要进行各透镜的位置调整，容易制造，因此能够得到高量产性。
第10项记载的摄像装置，通过装载第1～9项中记载的变焦透镜，能够实现既高性能又小型化。
而且，在后面叙述的实施例中，是使用棱镜作为持有通过使光线反射而使光路偏折之作用的反射光学元件，但不限于此，例如，也可以是面镜。通过用棱镜构成反射光学元件，穿过反射光学系统内的光束径变小，因此，能够使反射光学元件小型化，这样，能够减薄摄像装置厚薄方向的厚度。另外，以棱镜作为反射光学元件时，优选用满足以下条件的材料来构成。
ndp＞1.7(5) 其中，ndp棱镜的d线的折射率 条件式(5)是规定棱镜材料折射率范围的式子。通过ndp大于式的下限，穿过棱镜内的光束径变小，因此，能够将棱镜小型化，能够减薄摄像装置厚薄方向的厚度。
另外，本结构中，是通过用来偏折光路的棱镜，将光路朝与摄像元件长边方向的相同方向，偏折90度之设计，但是，也可以是朝与摄像元件短边方向的相同方向，将光轴偏折之设计。短边方向的光路偏折的情况时，棱镜的大小可以减小，所以，有利于棱镜的小型化。另外，短边方向的光路偏折时，像面上的图像的仅左右反转，长边方向的偏折时，像面上的图像的仅上下反转。一般的说，固体摄像元件使用CCD的情况时，短边方向的光路偏折时，因为是在垂直系统上的偏折，所以，为了正转图像，必需画面存储或画面蓄积，而相对于此长边方向的光路偏折时，通过由系统蓄积或系统存储反转读出，图像的正转成为可能。因此，长边方向光路偏折具有对用来正转图像的硬件的要求内容较小之优点。而且，本说明书中的“摄像装置的厚薄方向”是指，与所述第1透镜组的反射光学元件中的入射面的光轴方向相同的方向。
对用于备有固体摄像元件的摄像装置中的摄像透镜，为了在画面全区域得到良好的受光感度，要求像侧为焦阑的。像侧焦阑是指在各像高中，主光线是以与光轴平行的角度入射到固体摄像元件的摄像面上。近年来，通过在固体摄像元件的成像面上适当的配置微型透镜阵列，能够修正像侧焦阑的不满足量。具体的是相对摄像面的各像素的像素间隔来说，将微型透镜阵列的配列间隔设定得稍微小一些。由此，越往画面周边部则相对各像素来说，微型透镜阵列配置得越向摄像透镜光轴侧偏移，所以，能够将斜入射的光束有效的导向各像素的受光部。此时，为了在画面全区域得到良好的受光感度以及画质，优选向摄像面的主光线入射角相对像高来说，尽量持有线形性的特性。
本发明结构中的“塑料透镜”是指，用通常的塑料材料构成的透镜，也包括由以通常的塑料材料为母体材料、在塑料材料中散布了小径粒子的素材成型的、且塑料的体积比在一半及其以上的透镜，并且也包括在透镜表面施行了以反射防止或提高表面强度为目的的涂层处理的情况。
后面叙述的实施例1、2、3中是透镜L11和透镜L12、实施例4中是透镜L12使用塑料透镜，但是，因为塑料材料温度变化时的折射率变化较大，所以，当周围温度变化之际，抱有摄像透镜整个系统的像点位置发生变动之问题。因为变焦透镜的场合，一般是使焦点组在光轴方向上移动来修正像点位置的变动，所以，温度变化时的像点位置变动其本身不成问题。但是，由于焦点组移动，会引起色像差或像平面弯曲等像差恶化的可能性。该情况时，例如在实施例1中，通过在负的透镜L11和正的透镜L12分配折射力，使得在温度变化时的像点位置变动能够在一定程度相抵消，这样，便能够减轻该温度特性问题。
另外，最近已经发现，在塑料材料中混合无机微粒能够减小塑料材料的温度变化。作进一步详细说明，一般的说，在透明的塑料材料中混合微粒的话，则产生光的散射而透过率降低，所以，作为光学材料使用是困难的，但是，通过使微粒的大小小于透过光束的波长，这样能够使得实质上不发生散射。塑料材料由于温度上升折射率低下，但无机微粒随温度上升其折射率的低下与塑料相比非常小，而且还有随温度上升折射率上升的无机微粒。在此，利用这些温度依存性，能够减低随温度上升的折射率低下。通过使产生相互抵消的作用，能够使几乎不发生折射率变化。具体的是，通过在为母体材料的塑料材料中散布最大长为20毫微米及其以下的无机微粒，形成折射率的温度依存性极其低的塑料材料。例如通过在丙烯中散布氧化铌(Nb2O5)为例，能够减小温度变化引起的折射率变化。
在此，对折射率的温度变化作详细说明。折射率的温度变化A根据洛伦茨/洛伦茨公式，通过由温度t对折射率n微分，用以下的式子表示。
(数3) 其中，α线膨胀系数，[R]分子折射。
塑料素材的场合，一般的说与第1项相比，式中第2项的影响较小，几乎可以略去。例如，PMMA树脂的情况，线膨胀系数α为7×10-5、代入到上式，则A＝-1.2×10-4[/℃]，与实际测得的值大概一致。
具体的是，优选将以往为-1.2×10-4[/℃]左右的折射率的温度变化A抑制在绝对值为8×10-5[/℃]未满。优选使绝对值在6×10-5[/℃]未满更好。在表1出示能够适用于本发明结构的塑料材料的折射率的温度变化A(＝dn/dT)。
(表1) 在此，以以下实施例1的变焦透镜为例，出示使用和不使用散布上述微粒的塑料透镜场合的温度变化时的后侧焦点变化量的不同。
在表2中出示折射率nd随温度的变化。表3中出示相对常温(20[℃])来说，+30[℃]上升时广角端/望远端分别的后侧焦点变化量(ΔfBW、ΔfBT)；-30[℃]下降时广角端/望远端分别的后侧焦点变化量(ΔfBW、ΔfBT)。
(表2) (表3) 为了比较，在表4、表5中出示本实施例的变焦透镜系统，其中，将所有的塑料透镜都作为不含上述粒子的塑料透镜情况时的折射率nd随温度的变化和、相对常温(20[℃])+30[℃]上升时广角端/望远端分别的后侧焦点变化量(ΔfBW、ΔfBT)，-30[℃]下降时广角端/望远端分别的后侧焦点变化量(ΔfBW、ΔfBT)。
(表4) (表5) 根据以上结果，与完全不含上述微粒的情况相比较，透镜L11以及透镜L12使用散布了上述微粒的塑料材料，在A＝-6×10-5[/℃]情况时，可以知道，望远端的温度变化时的后侧焦点变化量(ΔfBT)抑制在一半及其以下。
另外，透镜L11、透镜L12分别可以使用散布了持有不同折射率的温度变化A值的上述粒子的塑料材料，该情况时，考虑各个透镜的温度变化时的像点位置变动的影响大小，通过选择最合适的A值，能够实现使得摄像透镜整体在温度变化时完全不产生像点位置变动。
参照图1以及图2，对装载了本发明实施形态中的变焦透镜的摄像装置100进行说明。图1是摄像装置100的区划图。
根据本发明，能够提供一种尤其适用于采用高像素数固体摄像元件的数码相机、摄像机等，具有高成像性能，变倍比为7～8倍左右的小型变焦透镜以及摄像装置。
如图1所示，摄像装置100备有变焦透镜101；固体摄像元件102；A/D变换部103；控制部104；光学系统驱动部105；同步(timing)发生部106；摄像元件驱动部107；图像存储108；图像处理部109；图像压缩部110；图像记录部111；显示部112；动作部113而构成。
变焦透镜101具有将被摄物体成像于固体摄像元件102的摄像面之功能。固体摄像元件102是CCD或CMOS等摄像元件，将入射光每R、G、B进行光电变换，输出其模拟信号。A/D变换部103将模拟信号变换成数码图像数据。
控制部104控制摄像装置100的各个部分。控制部104包括CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)，通过从ROM读出、展开在RAM的各种程序和CPU的协动，实行各种处理。
光学系统驱动部105由控制部104控制，在变倍、对焦(后述的第2透镜组G2、第4透镜组G4以及第5透镜组G5的移动)、曝光等中，驱动控制变焦透镜101。同步发生部106输出模拟信号输出用的同步信号。摄像元件驱动部107扫描驱动控制固体摄像元件102。
图像存储108是能够读出以及刻写地记忆图像数据。图像处理部109对图像数据施行各种图像处理。图像压缩部110通过JPEG(JointPhotographic Experts Group)等压缩方式，压缩摄像图像数据。图像记忆部111插入没有图示的缝隙，在存储卡等记录媒体记录图像数据。
显示部112是彩色液晶等，显示摄影后的图像数据、摄影前的贯穿(through)图像、各种操作画面等。动作部113包括解除按钮；用来设定各种模式、值的各种操作键，将由用户操作输入的信息输出到控制部104。
在此，对摄像装置100中的动作进行说明。被摄物体的摄影，是进行被摄物体的监控(贯穿图像显示)和实行图像摄影。在监控中，经变焦透镜101而得到的被摄物体的像成像于固体摄像元件102的受光面。配置在变焦透镜101的摄影光轴后方的固体摄像元件102，由同步发生部106、摄像元件驱动部107被扫描驱动，输出1画面量的、作为每一定周期中成像的光学像所对应的光电变换输出的模拟信号。
该模拟信号在每RGB的各原色成份适当的增益调整之后，由A/D变换部103变换成数字数据。该数字数据由图像处理部109进行包括像素补间(interpolation)处理以及γ修正处理的套色处理，生成数字值的亮度信号Y以及色差信号Cb、Cr(图像数据)，纳入图像存储108，定期性的读出其信号，生成其影像信号，输出到显示部112。
该显示部112在监控中，起到电子取景器的功能，即时显示摄像图像。该状态下，随时根据用户介经动作部113操作输入内容，通过驱动光学系统驱动部105，设定变焦透镜101的变倍、对焦、曝光等。
该监控状态下，在想进行静止画摄影的时机，用户通过操作动作部113的解除按钮，摄影静止图像数据。对应解除按钮的操作，图像存储108中纳入的1小格的图像数据被读出，由图像压缩部110压缩。其压缩后的图像数据由图像记录部111记录到记录媒体上。
而且，上述各实施形态以及各实施例中的记述，是本发明中较适合的变焦透镜以及摄像装置的一例，但不限于此。
例如，在上述各实施形态以及各实施例中，作为装载了变焦透镜的摄像装置，对数码照相机的例作了说明，但不限于此，也可以是摄像机、带有摄像功能的手机、PHS(Personal Handyphone System)、PDA(Personal Digital Assistant)等至少具有摄像功能的携带终端等器具。
另外，也可以将装载了变焦透镜的摄像装置，作为装载于上述器具中的摄像单元。在此，参照图2，对装载了摄像装置100的手机300的例子作说明。图2是手机300的内部结构区划示意图。
如图2所示，手机300备有综合性地控制各个部分、同时实行相应各处理之程序的控制部(CPU)310；用来通过键操作输入号码等的操作部320；显示一定的数据和摄像画面等的显示部330；介经天线341、用来与外部服务器等之间实现各种信息通信的无线通信部340；摄像装置100；记忆手机300的系统程序、各种处理程序以及终端ID等必要的诸数据的记忆部(ROM)360；用来作为临时存放由控制部310实行的各种处理程序或数据、或处理数据、或由摄像装置100摄像的数据等的作业区域的临时记忆部(RAM)370。
而且，能够通信地连接摄像装置100的控制部104和手机300的控制部310，该情况时，可以使手机300侧持有图1所示的显示部112、操作部113等功能，但是，摄像装置100自身的动作基本相同。更具体的是，摄像装置100的外部连接端子(没有图示)与手机300的控制部310连接，解除信号从手机300侧送往摄像装置100侧，由摄像而得的亮度信号、色差信号等图像信号，从摄像装置100侧向控制部310侧输出。该图像信号经手机300的控制系统记忆到记忆部360，或显示在显示部330，并且，可以介经无线通信部340，作为画面信息传送到外部。
另外，装载了变焦透镜的摄像装置也可以构成为，配置了变焦透镜和配置在基板上的控制部以及图像处理部等，用作为以通过连接器等连接备有显示部以及操作部等的其它部分为前提的照相模块的结构。
以下，出示能够用于图1中摄像装置100的变焦透镜的实施例，但是，不限于在此出示的。各实施例中使用的记号如下。
f变焦透镜整个系统的焦点距离 r曲率半径 d轴上面间隔 nd透镜材料对d线的折射率 νd透镜材料的阿贝数 各实施例中的非球面形状，以面的顶点为原点，取光轴方向为X轴，以与光轴垂直方向的高度为h，用以下数式来表示。
(数4) 其中，Aii次非球面系数 r曲率半径 K圆锥系数 而且，以下(包括表的透镜数据)，10的幂(例如2.5×10-02)用E(例如2.5E-02)表示。
实施例1 [规格] 焦点距离f＝6.49mm～14.46mm～43.16mm 画角2ω＝60.6°～27.2°～9.2° 实施例1中的变焦透镜的透镜数据在表6出示。另外图3中，出示了施实力1中的变焦透镜的截面图，图4(A)～(C)中，出示了实施例1中的变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差图。这里，图4(A)是焦点距离6.49mm的像差图。图4(B)是焦点距离14.46mm的像差图。图4(C)是焦点距离43.16mm的像差图。并且，以后的像差图中，球面像差图的实线表示d线，虚线表示g线，像散图的实线表示弧矢状像面，虚线表示子午平面像面。
(表6) 实施例1(a) (b)[非球面系数] 第16面第23面 K＝0.0K＝0.0 A4＝-1.0151E-04 A4＝-2.7435E-04 A6＝2.9427E-07A6＝-1.0766E-05 A8＝-6.1442E-08 A8＝4.4548E-07 A10＝3.5164E-09 A10＝1.3810E-07 第21面第24面 K＝0.0K＝0.0 A4＝3.9845E-04A4＝-1.2055E-03 A6＝6.5552E-07A6＝7.8733E-05 A8＝-1.0875E-07 A8＝-6.4510E-06 A10＝1.5572E-08 A10＝2.6289E-07 A12＝-8.6908E-09 第22面第25面 K＝0.0K＝0.0 A4＝-1.7899E-04 A4＝-1.9168E-03 A6＝-2.6901E-05 A6＝1.4866E-04 A8＝1.9058E-06A8＝-6.6183E-06 A10＝4.5581E-08 A10＝6.0755E-09 A12＝1.5276E-09 (c) 实施例1的变焦透镜，由沿着光轴从物体侧起依次为正折射力的第1透镜组G1、负折射力的第2透镜组G2、孔径光圈S(有时包括在第3透镜组中)、正折射力的第3透镜组G3、正折射力的第4透镜组G4、负折射力的第5透镜组G5、正折射力的第6透镜组G6组成，在从广角端向望远端变倍之际，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第6透镜组G6以及孔径光圈S在光轴上的位置不变，第2透镜组G2如箭头A所示，拉开与第1透镜组G1之间间隔地单调移动；第4透镜组G4如箭头B所示，拉开与第3透镜组G3之间间隔地单调移动；第5透镜组G5如箭头C所示，拉开与第6透镜组G6之间间隔地非线性移动，通过改变各透镜组之间的间隔能够进行变倍。另外，对焦之际，至少第5透镜组G5向光轴方向的像侧移动。这里，如果对焦之际，通过仅移动第5透镜组G5来进行的话，能够使移动第5透镜组G5的机构不复杂化而达到进行用来对焦的移动控制。而且，对焦之际也可以是不仅仅只移动第5透镜组G5，而是与第4透镜组G4一体的移动。这样，能够进一步减小相对焦点组的光轴方向移动量来说的像点位置变动。并且，没有必要使第4透镜组和第5透镜组的移动量完全一致，可以考虑向近距离物体对焦时的像差性能，分别定出最适合的移动量进行移动。并且，通过将机械式快门配置在从广角端向望远端变倍之际光轴上的位置为不变的孔径光圈近旁，则不需要移动这种机械式快门的机构，所以，摄像装置厚薄方向的厚度可以减薄。另外，本实施例(以下的实施例也相同)中，从广角端向望远端地变倍之际，使第2透镜组G2和第4透镜组G4作完全性的线性移动。这样，能够用一个传动装置同时地移动第2透镜组G2和第4透镜组G4，能够简化装载了变焦透镜的摄像装置的透镜驱动机构。
第1透镜组G1由负透镜L1和、持有通过反射光线来偏折光路作用的反射光学元件棱镜P和、正透镜L2和、正透镜L3构成(其中透镜L1～L3是球面透镜)；第2透镜G2组由负透镜L4和、接合了负透镜L5和正透镜L6的接合透镜L56构成；第3透镜组G3由靠物体侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L7单个构成；第4透镜组G4由接合了正透镜L8和、负透镜L9和、靠像侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L10的3个接合透镜L8910单个构成；第5透镜组G5由具有两面非球面形状的负的塑料透镜L11单个构成；第6透镜组G6由具有两面非球面形状的正的塑料透镜L12单个构成。另外，在第6透镜组G6和固体摄像元件CCD的摄像面之间，配置了光学面实施了滤红外线涂层的红外线过滤器IRCF和覆盖固体摄像元件CCD摄像面的玻璃条SG。而且，本实施例中，非球面的位置是如上所述配置的，但并不限于此。
(实施例2) [规格] 焦点距离f＝6.49mm～16.74mm～43.16mm 画角2ω＝60.7°～23.6°～9.2° 实施例2中的变焦透镜的透镜数据在表7出示。另外图5中，出示了施实力2中的变焦透镜的截面图，图6(A)～(C)中，出示了实施例2中的变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差图。这里，图6(A)是焦点距离6.49mm的像差图。图6(B)是焦点距离16.74mm的像差图。图6(C)是焦点距离43.16mm的像差图。
(表7) 实施例2(a) (b)[非球面系数] 第16面第23面 K＝0.0K＝0.0 A4＝-9.6981E-05 A4＝-2.8544E-04 A6＝1.5209E-06A6＝3.5954E-05 A8＝-2.0689E-07 A8＝2.2290E-06 A10＝9.8000E-09 A10＝-1.0025E-08 第21面第24面 K＝0.0K＝0.0 A4＝4.1215E-04A4＝-2.1388E-03 A6＝-4.9572E-06 A6＝4.2270E-05 A8＝2.5818E-07A8＝-2.3307E-06 A10＝-2.2441E-09 A10＝1.5075E-07 A12＝-9.3269E-09 第22面第25面 K＝0.0K＝0.0 A4＝2.1364E-05A4＝-3.0348E-03 A6＝-4.9525E-06 A6＝1.2813E-04 A8＝4.1272E-06A8＝-2.7251E-06 A10＝-1.2494E-07 A10＝-1.0162E-07 A12＝1.5913E-09 (c) 实施例2的变焦透镜，由沿着光轴从物体侧起依次为正折射力的第1透镜组G1、负折射力的第2透镜组G2、孔径光圈S(有时包括在第3透镜组中)、正折射力的第3透镜组G3、正折射力的第4透镜组G4、负折射力的第5透镜组G5、正折射力的第6透镜组G6组成，在从广角端向望远端变倍之际，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第6透镜组G6以及孔径光圈S在光轴上的位置不变，第2透镜组G2如箭头A所示，拉开与第1透镜组G1之间间隔地单调移动；第4透镜组G4如箭头B所示，拉开与第3透镜组G3之间间隔地单调移动；第5透镜组G5如箭头C所示，拉开与第6透镜组G6之间间隔地非线性移动，通过改变各透镜组之间的间隔能够进行变倍。其余的透镜组在变倍之际被固定。另外，对焦之际，至少第5透镜组G5向光轴方向的像侧移动。这里，如果对焦之际，通过仅移动第5透镜组G5来进行的话，能够使移动第5透镜组G5的机构不复杂化而达到进行用来对焦的移动控制。而且，对焦之际也可以是不仅仅只移动第5透镜组G5，而是与第4透镜组G4一体的移动。这样，能够进一步减小相对焦点组的光轴方向移动量来说的像点位置变动。并且，没有必要使第4透镜组和第5透镜组的移动量完全一致，可以考虑向近距离物体对焦时的像差性能，分别定出最适合的移动量进行移动。并且，通过将机械式快门配置在从广角端向望远端变倍之际光轴上的位置为不变的孔径光圈近旁，则不需要移动这种机械式快门的机构，所以，摄像装置厚薄方向的厚度可以减薄。
第1透镜组G1由负透镜L1和、持有通过反射光线来偏折光路作用的反射光学元件棱镜P和、正透镜L2和、正透镜L3构成(其中透镜L1～L3是球面透镜)；第2透镜G2组由负透镜L4和、接合了负透镜L5和正透镜L6的接合透镜L56构成；第3透镜组G3由靠物体侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L7单个构成；第4透镜组G4由接合了正透镜L8和、负透镜L9和、靠像侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L10的3个接合透镜L8910单个构成；第5透镜组G5由具有两面非球面形状的负的塑料透镜L11单个构成；第6透镜组G6由具有两面非球面形状的正的塑料透镜L12单个构成。另外，在第6透镜组G6和固体摄像元件CCD的摄像面之间，配置了光学面实施了滤红外线涂层的红外线过滤器IRCF和覆盖固体摄像元件CCD摄像面的玻璃条SG。而且，本实施例中，非球面的位置是如上所述配置的，但并不限于此。
(实施例3) [规格] 焦点距离f＝6.45mm～16.65mm～42.85mm 画角2ω＝61.0°～23.6°～9.3° 实施例3中的变焦透镜的透镜数据在表8出示。另外图7中，出示了施实力3中的变焦透镜的截面图，图8(A)至(C)中，出示了实施例3中的变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差图。这里，图8(A)是焦点距离6.45mm的像差图。图8(B)是焦点距离16.65mm的像差图。图8(C)是焦点距离42.85mm的像差图。
(表8) 实施例3(a) (b)[非球面系数] 第16面第23面 K＝0.0K＝0.0 A4＝-6.4706E-05 A4＝-1.0682E-03 A6＝2.2967E-07A6＝3.5252E-05 A8＝-1.8920E-08 A8＝-3.9488E-06 A10＝9.2648E-10 A10＝2.2958E-07 第21面第24面 K＝0.0K＝0.0 A4＝3.1423E-04A4＝-1.2968E-03 A6＝4.9168E-06A6＝1.6805E-05 A8＝-2.0623E-07 A8＝-1.3372E-06 A10＝1.1724E-08 A10＝1.2350E-07 A12＝-5.3338E-09 第22面第25面 K＝0.0K＝0.0 A4＝-4.5056E-04 A4＝-1.8872E-03 A6＝1.5194E-05A6＝4.5053E-05 A8＝-1.2975E-06 A8＝-2.6174E-07 A10＝6.5669E-08 A10＝-3.9702E-09 A12＝-1.9095E-09 (c) 实施例3的变焦透镜，由沿着光轴从物体侧起依次为正折射力的第1透镜组G1、负折射力的第2透镜组G2、孔径光圈S(有时包括在第3透镜组中)、正折射力的第3透镜组G3、正折射力的第4透镜组G4、负折射力的第5透镜组G5、正折射力的第6透镜组G6组成，在从广角端向望远端变倍之际，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第6透镜组G6以及孔径光圈S在光轴上的位置不变，第2透镜组G2如箭头A所示，拉开与第1透镜组G1之间间隔地单调移动；第4透镜组G4如箭头B所示，拉开与第3透镜组G3之间间隔地单调移动；第5透镜组G5如箭头C所示，拉开与第6透镜组G6之间间隔地非线性移动，通过改变各透镜组之间的间隔能够进行变倍。其余的透镜组在变倍之际被固定。另外，对焦之际，至少第5透镜组G5向光轴方向的像侧移动。这里，如果对焦之际，通过仅移动第5透镜组G5来进行的话，能够使移动第5透镜组G5的机构不复杂化而达到进行用来对焦的移动控制。而且，对焦之际也可以是不仅仅只移动第5透镜组G5，而是与第4透镜组G4一体的移动。这样，能够进一步减小相对焦点组的光轴方向移动量来说的像点位置变动。并且，没有必要使第4透镜组和第5透镜组的移动量完全一致，可以考虑向近距离物体对焦时的像差性能，分别定出最适合的移动量进行移动。并且，通过将机械式快门配置在从广角端向望远端变倍之际光轴上的位置为不变的孔径光圈近旁，则不需要移动这种机械式快门的机构，所以，摄像装置厚薄方向的厚度可以减薄。
第1透镜组G1由负透镜L1和、持有通过反射光线来偏折光路作用的反射光学元件棱镜P和、正透镜L2和、正透镜L3构成(其中透镜L1～L3是球面透镜)；第2透镜G2组由负透镜L4和、接合了负透镜L5和正透镜L6的接合透镜L56构成；第3透镜组G3由靠物体侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L7单个构成；第4透镜组G4由接合了正透镜L8和、负透镜L9和、靠像侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L10的3个接合透镜L8910单个构成；第5透镜组G5由具有两面非球面形状的负的塑料透镜L11单个构成；第6透镜组G6由具有两面非球面形状的正的塑料透镜L12单个构成。另外，在第6透镜组G6和固体摄像元件CCD的摄像面之间，配置了光学面实施了滤红外线涂层的红外线过滤器IRCF和覆盖固体摄像元件CCD摄像面的玻璃条SG。而且，本实施例中，非球面的位置是如上所述配置的，但并不限于此。
(实施例4) [规格] 焦点距离f＝6.49mm～14.46mm～43.16mm 画角2ω＝61.6°～22.5°～8.2° 实施例4中的变焦透镜的透镜数据在表9出示。另外图9中，出示了施实力4中的变焦透镜的截面图，图10(A)～(C)中，出示了实施例4中的变焦透镜的球面像差、像散以及畸变的像差图。这里，图10(A)是焦点距离6.49mm的像差图。图10(B)是焦点距离14.46mm的像差图。图10(C)是焦点距离43.16mm的像差图。
(表9) 实施例4(a) (b)[非球面系数] 第17面第27面 K＝3.2892E-01 K＝4.6117E+01 A4＝-1.1574E-04 A4＝-1.2585E-03 A6＝-7.3117E-07 A6＝9.9016E-06 A8＝5.2639E-09A8＝8.0816E-07 A10＝-6.6080E-08 第22面第28面 K＝0.0K＝-5.3318E+00 A4＝4.5720E-05A4＝-2.0479E-03 A6＝1.4855E-05A6＝9.3441E-05 A8＝-6.8569E-08 A8＝-1.7060E-06 A10＝2.8884E-08 A10＝-1.4630E-08 第23面 K＝0.0 A4＝6.3529E-04 A6＝3.0088E-05 A8＝-6.5105E-07 A10＝9.2287E-08 (c) 实施例4的变焦透镜，由沿着光轴从物体侧起依次为正折射力的第1透镜组G1、负折射力的第2透镜组G2、孔径光圈S(有时包括在第3透镜组中)、正折射力的第3透镜组G3、正折射力的第4透镜组G4、负折射力的第5透镜组G5、正折射力的第6透镜组G6组成，在从广角端向望远端变倍之际，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第6透镜组G6以及孔径光圈S在光轴上的位置不变，第2透镜组G2如箭头A所示，拉开与第1透镜组G1之间间隔地单调移动；第4透镜组G4如箭头B所示，拉开与第3透镜组G3之间间隔地单调移动；第5透镜组G5如箭头C所示，拉开与第6透镜组G6之间间隔地非线性移动，通过改变各透镜组之间的间隔能够进行变倍。其余的透镜组在变倍之际被固定。另外，对焦之际，至少第5透镜组G5向光轴方向的像侧移动。这里，如果对焦之际，通过仅移动第5透镜组G5来进行的话，能够使移动第5透镜组G5的机构不复杂化而达到进行用来对焦的移动控制。而且，对焦之际也可以是不仅仅只移动第5透镜组G5，而是与第4透镜组G4一体的移动。这样，能够进一步减小相对焦点组的光轴方向移动量来说的像点位置变动。并且，没有必要使第4透镜组和第5透镜组的移动量完全一致，可以考虑向近距离物体对焦时的像差性能，分别定出最适合的移动量进行移动。并且，通过将机械式快门配置在从广角端向望远端变倍之际光轴上的位置为不变的孔径光圈近旁，则不需要移动这种机械式快门的机构，所以，摄像装置厚薄方向的厚度可以减薄。
第1透镜组G1由负透镜L1和、持有通过反射光线来偏折光路作用的反射光学元件棱镜P和、接合了负透镜L2A和正透镜L2B的正透镜L2和、正透镜L3构成(其中透镜L1～L3是球面透镜)；第2透镜G2组由负透镜L4和、接合了负透镜L5和正透镜L6的接合透镜L56构成；第3透镜组G3由靠物体侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L7单个构成；第4透镜组G4由接合了正透镜L8和负透镜L9的正透镜L89和、靠像侧具有非球面形状的正的玻璃模型透镜L10构成；第5透镜组G5由接合了负透镜L11A和正透镜L11B的正透镜L11单个构成；第6透镜组G6由具有两面非球面形状的正的塑料透镜L12单个构成。另外，在第6透镜组G6和固体摄像元件CCD的摄像面之间，配置了光学面实施了滤红外线涂层的红外线过滤器IRCF和覆盖固体摄像元件CCD摄像面的玻璃条SG。而且，本实施例中，非球面的位置是如上所述配置的，但并不限于此。
与上述实施例相对应的式子(1)～(4)、(6)、(7)的值，归纳表示在表10中。在此，各实施例中的βMAX表示变焦组第5透镜组和第6透镜组的横向倍率的、在所述变焦透镜的广角端到望远端之间的最大值。
(表10) (实施例的数值表)

权利要求
1.一种通过移动多个透镜组来进行变倍的变焦透镜，其特征在于
沿着光轴从物体侧依次包括
具有正折射力的、在变倍以及对焦之际光轴上的位置一直固定的第1透镜组和、
具有负折射力的第2透镜组和、
具有正折射力的第3透镜组和、
具有正折射力的第4透镜组和、
具有负折射力的第5透镜组和、
具有正折射力的第6透镜组；
所述第1透镜组中包括带有通过反射光线而起到偏折光路作用的反射光学元件；
至少用所述第5透镜组来进行对有限距离物体的对焦；
满足以下的条件式。
(数1)
其中，βmax对无限被摄物体对焦时，焦点组以后的透镜组的横向倍率的、在所述变焦透镜的广角端至望远端之间的最大值，
fW所述变焦透镜广角端的焦点距离(mm)，
fT所述变焦透镜望远端的焦点距离(mm)。
2.权利要求1中记载的变焦透镜，其特征在于所述第3透镜组在变倍以及对焦之际，光轴上的位置保持固定。
3.权利要求1或2中记载的变焦透镜，其特征在于所述第3透镜组仅由至少具有1面非球面形状的1个正透镜和、配置在所述正透镜光轴上的物体侧或像侧的孔径光圈构成。、
4.权利要求1～3的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第2透镜组由2个负透镜和1个正透镜构成。
5.权利要求1～4的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第2透镜组含有满足以下条件式的正透镜。
N2p＞1.80 (2)
ν2p＜26.0(3)
其中，N2p所述第2透镜组的正透镜的d线的折射率
ν2p所述第2透镜组的正透镜的d线的阿贝数。
6.权利要求1～5的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第1透镜组含有满足以下条件式的正透镜。
ν1p＞80 (4)
其中，ν1p所述第1透镜组中的正透镜的d线的阿贝数。
7.权利要求1～6的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第1透镜组的透镜都是球面透镜。
8.权利要求1～7的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第5透镜组仅由1个至少具有1面非球面形状的塑料透镜构成。
9.权利要求1～8的任何一项中记载的变焦透镜，其特征在于所述第4透镜组仅由从物体侧起依次为正透镜和负透镜和正透镜的3个接合透镜构成。
10.一种摄像装置，其特征在于装载了权利要求1～9中记载的变焦透镜。
全文摘要
本发明中的结构，是通过移动多个透镜组来进行变倍的变焦透镜，沿着光轴从物体侧起依次包括具有正折射力的、在变倍以及对焦之际光轴上的位置一直固定的第1透镜组和、具有负折射力的第2透镜组和、具有正折射力的第3透镜组和、具有正折射力的第4透镜组和、具有负折射力的第5透镜组和、具有正折射力的第6透镜组，所述第1透镜组中包括带有通过使光线反射而起到偏折光路作用的反射光学元件。另外，对有限距离物体的对焦，是至少用所述第5透镜组来进行的，变焦透镜的焦点距离和构成变焦透镜的透镜组的横向倍率，满足一定的条件。
文档编号G02B9/00GK1940630SQ20061013956
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月29日
发明者佐野永悟, 山下敦司 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社