变焦透镜和图像拾取装置的制作方法

专利名称：变焦透镜和图像拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦透镜和图像拾取装置。具体地，本发明涉及一种适于用于小 尺寸图像拾取装置(诸如，数字照相机和摄像机)的小尺寸广角变焦透镜的技术领域，并且 也涉及一种图像拾取装置。
背景技术：
尽管近年来诸如数字照相机和数字摄像机之类的图像拾取装置已经被小型化并 且变得普遍用于家庭使用，但是对于这种图像拾取装置而言仍需要进一步的小型化。相应 地，同样对于并入在这种图像拾取装置中的图像拾取透镜而言，具体地也对于变焦透镜而 言，需要通过减少总长度或深度而进行小型化。具体地，对于用于数字照相机的变焦透镜而言，除了小型化之外，还需要与诸如 CCD(电荷耦合器件)器件或CMOS(互补金属氧化物半导体)器件之类的固态图像拾取器件 的像素数目的增加相适应的、透镜性能上的改善。此外，近来还强烈需要增加变焦透镜的倍率变化(power variation)和用于广角 端处的图像拾取的视角。可得到并入了其倍率变化率近似为3到5倍的变焦透镜的紧凑型数字照相机。对 于紧凑型数字照相机而言，需要它可以被容易地携带。因而，必须减少图像拾取装置和变焦 透镜在厚度方向中(即，当图像拾取对象处于面对图像拾取装置时、从图像拾取对象到图 像拾取透镜的光轴方向中)的厚度。作为适于减少图像拾取装置和变焦透镜在厚度方向中的厚度的变焦透镜，已经提 出了包括弯曲光学系统的变焦透镜，其中在第一透镜组中布置用于将光轴弯曲90°的光学 部件。在日本专利特开第2006-64839号(在下文中，称作专利文献1)或者日本专利特开 第2006-276475号(在下文中，称作专利文献2)中公开了刚刚描述的该类变焦透镜。在专利文献1中公开的变焦透镜具有四组配置，该四组配置包括具有正折射率的 第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的 第四透镜组。在专利文献1中公开的变焦透镜中，在第一透镜组的负透镜和正透镜之间布 置作为用于将光轴弯曲90°的光学部件的棱镜，以实现减少图像拾取装置和变焦透镜在厚 度方向中的厚度。在专利文献2中公开的变焦透镜具有五组配置，该五组配置包括具有正折射率的 第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第 四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。在专利文献2中公开的变焦透镜包括相机晃动校 正机构，该相机晃动校正机构具有弯曲光学系统并且包括在第五透镜组中布置的用于在与 光轴正交的方向中进行移位以针对晃动来校正图像的正透镜。

发明内容
附带地，如果尝试生产具有弯曲光学系统从而具有更广视角的变焦透镜，则因为穿过第一透镜组的光通量的直径由于增加的视角而增加，所以第一透镜组的透镜的直径或 在光轴上的厚度增加。这造成了对于减少图像拾取装置和变焦透镜在厚度方向中的厚度的 障碍。然而，如果尝试在不增加第一透镜组的透镜的直径或在光轴上的厚度的情况下、 增加视角，则必须增加第一透镜组的透镜的折射率。这引起光学性能劣化的问题。例如，在公开于专利文献1中的变焦透镜的情况下，视角近似为60°，并且没有被 扩展。然而，如果意欲在如上所述的变焦透镜的这种配置的情况下增加视角，则由于视角增 加，所以第一透镜组的透镜中最对象侧的那个透镜的直径变大。这引起图像拾取装置和变 焦透镜在厚度方向中的增加。此外，由于没有透镜组被布置在图像表面附近，所以难以校正倍率色像差 (magnification chromatic aberration)禾口随视角增力口时±曾力口的场曲(curvature offield)，并且离轴光学性能劣化。其间，在公开于专利文献2中的变焦透镜中，尽管它具有五组配置，但是由于第二 透镜组在变焦时的移动量很大，所以从第一透镜到光圈的距离很大。因此，如果意欲实现更 广的视角，则第一透镜组的透镜直径和/或在光轴上的厚度增加。因此，难以减少图像拾取 装置和变焦透镜在厚度方向中的厚度。因此，期望实现具有弯曲光学系统的变焦透镜和图像拾取装置的小型化和视角增 加。根据本发明的实施例，提供了一种变焦透镜，包括具有正折射率的第一透镜组； 具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组； 以及具有正或负折射率的第五透镜组；所述第一、第二、第三、第四和第五透镜按照从所述 变焦透镜的对象侧到图像侧的顺序来布置。所述第二透镜组和所述第四透镜组在变焦时在 光轴方向中移动。所述第一透镜组在变焦时具有在光轴方向中固定的位置。所述第一透镜 组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的具有负折射率的前侧透镜、用于弯曲光 程的光学部件和具有正折射率的后侧透镜。所述第三透镜组在变焦时具有在光轴方向中固 定的位置。所述变焦透镜还包括在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间或者在所述第三
透镜组和所述第四透镜组之间布置的光圈。所述变焦透镜满足以下条件表达式(1)、(2)和 ⑶(1) 1. 8 < F1/FW < 3. 0(2)2. 0 < D1G/FW < 3. 3(3)2. 0 < DIA11/DIA21 < 3. 0其中，Fl 第一透镜组的焦距DIG 第一透镜组在光轴上的厚度Fff 整个透镜系统在广角端的焦距DIAll 第一透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径DIA21 第二透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径。利用该变焦透镜，当进行变焦时，第二透镜组和第四透镜组的移动方向与第一透 镜组的后侧透镜的光轴方向重合，即，与由光学部件进行弯曲之后光程的方向重合。此外，光圈或光阑(iris)布置在五组变焦配置的中心附近。优选地，所述变焦透镜满足以下条件表达式(4)和(5)(4)2. 1 < FG1/FW < 3. 3(5) 1. 8 < IFRW/FW | < 2. 4其中，FGl 第一透镜组的前侧透镜的焦距FRff 从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的在广角端的焦距。在该变焦透镜满足条件表达式⑷和(5)的情况下，第一透镜组的前侧透镜的折 射率被规格化。结果，抑制了倍率色像差在广角端的出现，并且前侧透镜和光学部件的有效
直径变小。优选地，所述第二透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的负透镜以 及负透镜和正透镜的胶合透镜(cemented lens)，并且所述第四透镜组包括按照从对象侧 朝向图像侧的顺序而布置的正透镜和负透镜的胶合透镜；所述变焦透镜满足以下条件表达 式(6)(6) 0. 84 < ID4/D2 | <2.0其中，D2 在图像拾取对象位于无穷远的情况下，当变焦时第二透镜组的移动量D4 在图像拾取对象位于无穷远的情况下，当变焦时第四透镜组的移动量。在该变焦透镜按照如上所述的这种方式来配置并且满足条件表达式(6)的情况 下，第二透镜组在光轴上的厚度降低，并且在变焦时，第二透镜组和第四透镜组的移动量被 规格化。优选地，所述变焦透镜满足以下条件表达式(7)和(8)(7)0. 5 < |F2/Fff| < 1. 0(8) 2. 0 < F4/FW <3.0其中，F2 第二透镜组的焦距F4:第四透镜组的焦距。在该变焦透镜满足条件表达式(7)和(8)的情况下，第二透镜组和第四透镜组的 折射率被规格化，并且减少了第二透镜组和第四透镜组在变焦时的移动量。优选地，所述第五透镜组具有正折射率，并且将所述第五透镜组配置为使得按照 从对象侧朝向图像侧的顺序来布置负透镜、在与光轴正交的方向中可移动以对图像进行移 位的第一正透镜、和至少一个面被形成为非球面的第二正透镜；所述第五透镜组满足以下 条件表达式(9)、(10)和(11)(9)0. 15 < β 52 < 0. 55(10)0. 6 < β 53 < 1. 1(11)-0. 2 < FW/F5 <0.2其中，β 52 第一正透镜在广角端的横向倍率β 53 第二正透镜在广角端的横向倍率
F5 第五透镜组的焦距。在该变焦透镜满足条件表达式(9)、(10)和(11)的情况下，抑制了当对第一正透 镜移位时场曲的变化，并且第五透镜组的折射率被规格化。在该实例中，优选地，所述第五透镜组的第一正透镜用树脂形成，并且具有被形成 为非球面的至少一个面。在第五透镜组的第一正透镜用树脂形成并且具有被形成为非球面的至少一个面 的情况下，在重量上减少了第一正透镜，并且抑制了像差的出现。根据本发明的另一实施例，提供了一种图像拾取装置，包括变焦透镜；以及图像 拾取元件，用于将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号；所述变焦透镜包括具有 正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正 折射率的第四透镜组和具有正或负折射率的第五透镜组；所述第一、第二、第三、第四和第 五透镜按照从所述变焦透镜的对象侧到图像侧的顺序来布置；在变焦时，所述第二透镜组 和所述第四透镜组在光轴方向中移动；在变焦时，所述第一透镜组具有在光轴方向中固定 的位置；所述第一透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的具有负折射率的前 侧透镜、用于弯曲光程的光学部件和具有正折射率的后侧透镜；在变焦时，所述第三透镜组 具有在光轴方向中固定的位置；所述变焦透镜还包括在所述第二透镜组和所述第三透镜组 之间或者在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间布置的光圈。所述变焦透镜满足以下条 件表达式⑴、⑵和⑶(1) 1. 8 < Fl/Fff < 3. 0(2) 2. 0 < D1G/FW < 3. 3(3)2. 0 < DIA11/DIA21 < 3. 0其中，Fl 第一透镜组的焦距DIG 第一透镜组在光轴上的厚度Fff 整个透镜系统在广角端的焦距DIAll 第一透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径DIA21 第二透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径。利用该图像拾取装置，当进行变焦时，第二透镜组和第四透镜组的移动方向与第 一透镜组的后侧透镜的光轴方向重合，即，与由光学部件进行弯曲之后光程的方向重合。此 外，光圈或光阑布置在五组变焦配置的中心附近。利用该变焦透镜和该图像拾取装置，可以实现具有弯曲光学系统的透镜系统的重 量减少和视角增加。


图1是示出了根据本发明第一实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图2是图示了根据其中将特定数值应用于变焦透镜的数值示例的图1的变焦透镜 的广角端状态中的球面像差、像散(astigmatism)和失真像差的图解视图；图3是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图1的变焦透镜的中间焦 距状态中的球面像差、像散和失真像差；
图4是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图1的变焦透镜的远摄端 (telephoto end)状态中的球面像差、像散和失真像差；图5是示出了根据本发明第二实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图6是图示了根据其中将特定数值应用于变焦透镜的另一数值示例的图5的变焦 透镜的广角端状态中的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图7是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图5的变焦透镜的中间焦 距状态中的球面像差、像散和失真像差；图8是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图5的变焦透镜的远摄端 状态中的球面像差、像散和失真像差；图9是示出了根据本发明第三实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图10是图示了根据其中将特定数值应用于变焦透镜的又一数值示例的图9的变 焦透镜的广角端状态中的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图11是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图9的变焦透镜的中间焦 距状态中的球面像差、像散和失真像差；图12是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图9的变焦透镜的远摄端 状态中的球面像差、像散和失真像差；图13是示出了根据本发明第四实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图14是图示了根据其中将特定数值应用于变焦透镜的又一数值示例的图13的变 焦透镜的广角端状态中的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图15是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图13的变焦透镜的中间 焦距状态中的球面像差、像散和失真像差；图16是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图13的变焦透镜的远摄 端状态中的球面像差、像散和失真像差；图17是示出了根据本发明第五实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图18是图示了根据其中将特定数值应用于变焦透镜的又一数值示例的图17的变 焦透镜的广角端状态中的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图19是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图17的变焦透镜的中间 焦距状态中的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图20是类似的视图，但是其图示了根据相同数值示例的图17的变焦透镜的远摄 端状态中的球面像差、像散和失真像差；以及图21是示出了应用了本发明实施例的图像拾取装置的框图。
具体实施例方式在下文中，描述了其中将本发明应用于变焦透镜和图像拾取装置的本发明优选实 施例。变焦透镜的配置根据本发明实施例的变焦透镜包括按照从对象侧到图像侧的顺序而布置的具有 正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正 折射率的第四透镜组、和具有正或负折射率的第五透镜组。
在变焦透镜中，在变焦时在光轴方向中移动第二透镜组和第四透镜组。在变焦透镜中，在变焦时第一透镜组具有在光轴方向中固定的位置。在第一透镜 组中，按照从对象侧到图像侧的顺序而布置具有负折射率的前侧透镜、用于弯曲光程的光 学部件和具有正折射率的后侧透镜。另外，在变焦透镜中，在变焦时第三透镜组具有在光轴方向中固定的位置，并且将 光圈布置在第二透镜组和第三透镜组之间或者在第三透镜组和第四透镜组之间。变焦透镜 满足以下条件表达式(1)、⑵和⑶(1) 1. 8 < Fl/Fff < 3. 0(2) 2. 0 < D1G/FW < 3. 3(3)2. 0 < DIA11/DIA21 < 3. 0其中，Fl 第一透镜组的焦距DIG 第一透镜组在光轴上的厚度Fff 整个透镜系统在广角端的焦距DIAll 第一透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径DIA21 第二透镜的最对象侧的透镜表面在广角端的有效直径。由于按照如上所述的这种方式来配置变焦透镜，所以可以实现以下的优点。当进行变焦时，第二透镜组和第四透镜组的移动方向与第一透镜组的后侧透镜的 光轴方向重合，即，与由光学部件对其弯曲之后光程的方向重合。结果，可以实现透镜系统 厚度的减少。此外，由于在第二透镜组和第三透镜组之间或者在第三透镜组和第四透镜组之间 布置光圈，所以可以在五组变焦配置的中心附近布置光圈。结果，可以减少从第一透镜组到 第五透镜组的变焦透镜的有效直径，并且可以预期透镜系统厚度的减少。条件表达式(1)定义了第一透镜组的焦距。通过适当地定义第一透镜组的焦距， 可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角变焦透镜的同时，不太可能 在广角端遭受出现离轴像差。如果第一透镜组的焦距变得小于条件表达式(1)的下限，则由于它过小，所以第 一透镜组的后侧透镜的折射率变得过高。结果，倍率色像差在广角端侧增加，而轴上色像差 (on-axis chromatic aberration)在远摄端侧增加。此外，在前侧透镜和后侧透镜具有固 定折射率的情况下，光轴上前侧透镜和后侧透镜之间的距离增加，这导致了难以减少光学 系统的厚度。相反地，如果第一透镜组的焦距变得大于条件表达式(1)的上限，则由于第一透 镜组的焦距变得过大，所以变得必须确保为了第二透镜组关于倍率的大移动量，这导致了 第一透镜组和第三透镜组之间距离的增加。此外，如果从第一透镜组的前侧到光圈的距离 增加，则将入瞳(entrance pupil)位置朝向图像侧与前侧透镜隔开。因此，如果增加了视 角，则前侧透镜和光学部件的直径变大，并且这造成了对于减少厚度的障碍。条件表达式( 定义了第一透镜组在光轴上的厚度，该第一透镜组包括用于弯曲 光轴的光学部件。如果第一透镜组的焦距满足条件表达式(1)并且适于地定义第一透镜组 在光轴上的厚度以便满足条件表达式O)，则可以在该变焦透镜是广角类型的同时预期尺寸和厚度上的减少。如果第一透镜组的厚度变得小于条件表达式O)的下限，则由于前侧透镜和后侧 透镜之间的距离变得过小，所以难以确保用于弯曲光学部件的光程的充分长度。此外，前侧 透镜或后侧透镜的折射率变得过高，且结果是，倍率色像差在广角端侧增加，而轴上色像差 在远摄端侧增加。相反地，如果第一透镜组的厚度大于条件表达式O)的上限，则前侧透镜的折射 率变得过低，且结果是，前侧透镜和光学部件的直径和在光轴上的厚度变大。结果，当光程 被弯曲时，图像拾取装置和变焦透镜的厚度增加，并且这造成了对于减少厚度的障碍。条件表达式C3)定义了第一透镜组的最对象侧的透镜面的有效直径与第二透镜 组的最对象侧的透镜面的有效直径之间的比率。如果适当地定义了第一透镜组的最对象侧 的透镜面的有效直径与第二透镜组的最对象侧的透镜面的有效直径之间的比率，则可以在 该变焦透镜是广角类型的同时在尺寸和厚度上减少第一透镜组。如果有效直径之间的比率变得小于条件表达式(3)的下限，则第二透镜组的有效 直径变得过大，并且在第二透镜组中最大视角处的光线的光路穿过远离光轴而隔开的部 分。因此，光轴上第二透镜组的厚度变大，并且不可能充分地确保在变焦时第二透镜组的移 动量。此外，如果在第二透镜组中最大视角处的光线的光路穿过远离光轴而隔开的部分，则 倍率色像差和轴外像差(诸如，场曲)增加。另外，也由于在变焦时像差变化变大，所以变 得难以校正像差。相反地，如果第一透镜组的最对象侧的透镜面的有效直径与第二透镜组的最对象 侧的透镜面的有效直径之间的比率变得大于条件表达式(3)的上限，则第一透镜组的前侧 透镜的有效直径变得过大，并且同样，光学部件的有效直径也变得过大。因此，当光路被弯 曲时，图像拾取装置和变焦透镜的厚度增加，这导致了未能实现厚度上的减少。要注意，更优选地修改条件表达式(1)，使得下限是2. 1，而上限是2. 7。更优选地 修改条件表达式( ，使得下限是2. 2，而上限是2. 9。更优选地修改条件表达式C3)，使得 下限是2. 1，而上限是2.6。在如上所述地修改条件表达式(1)、(2)和(3)的情况下，增强了上述优点。此外，在按照如上所述的这种方式来配置变焦透镜的情况下，可能将广角端图像 拾取的视角设置为近似70°到95°，并且将放大率设置为近似3到6倍。优选地，变焦透镜满足以下条件表达式(4)和(5)(4)2. 1 < |FG1/Fff| < 3. 3(5) 1. 8 < |FRW/FW| < 2· 4其中，FGl 第一透镜组的前侧透镜的焦距FRW:在广角端的处的从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的焦距。条件表达式(4)定义了第一透镜组的前侧透镜的焦距。如果适当地设置了第一透 镜组的前侧透镜的焦距，则可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角 变焦透镜的同时不太可能在广角端遭受出现离轴像差。如果第一透镜组的前侧透镜的焦距变得小于条件表达式的下限，则前侧透镜 的折射率变得过高，并且由前侧透镜生成的广角端的倍率色像差增加。此外，由于从第二透镜组到第五透镜组的组合的透镜系统的广角端的横向倍率(lateral magnification)变 高，所以变得难以确保放大率近似为3到6倍。相反地，如果第一透镜组的前侧透镜的焦距变得高于条件表达式的上限，则 前侧透镜的折射率变得过低，并且前侧透镜和光学部件的有效直径变大。结果，当光路被弯 曲时，图像拾取装置和变焦透镜的厚度增加，这导致了未能实现厚度上的减少。条件表达式( 定义了在广角端从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的焦距。 如果适当地设置了在广角端的从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的焦距(即，组合的 焦距)，则可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角变焦透镜的同时， 不太可能在广角端遭受出现离轴像差。如果在广角端的从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的焦距变得小于条件表 达式(5)的下限，则前侧透镜的折射率变得过低，并且光学部件的有效直径变大。因此，当 光路被弯曲时，图像拾取装置和变焦透镜的厚度增加，这导致了未能实现厚度上的减少。相反地，如果在广角端的从第一透镜组的后侧透镜到第五透镜组的焦距变得高于 条件表达式(5)的上限，则它变得过大，并且这增加了光学系统的总长度。要注意，更优选地修改条件表达式G)，使得将下限设置为2. 4，而将上限设置为 3. 1。其间，更优选地修改条件表达式(5)，使得将下限限制为1. 8，而将上限设置为2. 2。在如刚刚所述的这种方式来修改条件表达式(4)和(5)的情况下，增强了上述优 点ο在上述变焦透镜中，第二透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的负 透镜以及负透镜和正透镜的胶合(cemented)透镜，而第四透镜组包括按照从对象侧朝向 图像侧的顺序而布置的正透镜和负透镜的胶合透镜。优选地，满足以下条件表达式(6)。(6)0. 84 < |D4/D2| < 2. 0其中，D2 在图像拾取对象位于无穷远的情况下，当变焦时第二透镜组的移动量D4 在图像拾取对象位于无穷远的情况下，当变焦时第四透镜组的移动量。在按照如上所述的这种方式来配置第二透镜组的情况下，可以使得光轴上第二透 镜组在厚度上变薄，并结果，可以使得第一透镜组和第三透镜组之间的距离小，并可以使得 第一透镜组的有效直径小。此外，由于可以使得光轴上第二透镜组和第四透镜组在厚度上 变薄，所以可以增加当变焦时第二透镜组和第四透镜组的移动量，并且可以容易地获得高 放大率。条件表达式(6)定义了当变焦时第二透镜组的移动量和第四透镜组的移动量之 间的比率。如果适当地定义了当变焦时第二透镜组的移动量和第四透镜组的移动量之间的 比率，则可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角变焦透镜的同时，可 以确保所期望的近似为3到6倍的放大率。如果当变焦时第二透镜组的移动量和第四透镜组的移动量之间的比率变得小于 条件表达式(6)的下限，则当变焦时第二透镜组的移动量增加，以增加前侧透镜和光圈之 间的距离。因此，前侧透镜的有效直径增加，并且光学部件的有效直径也变大。结果，当光 路被弯曲时，图像拾取装置和变焦透镜的厚度增加，这导致了未能实现厚度上的减少。相反地，如果当变焦时第二透镜组的移动量和第四透镜组的移动量之间的比率变得高于条件表达式(6)的上限，则第四透镜组的移动量增加，并且光圈和第四透镜组之间 的距离增加。结果，第四透镜组的有效直径增加，这导致了图像拾取装置和变焦透镜的尺寸 在厚度方向中的增加。要注意，更优选地修改条件表达式(6)，使得将下限设置为1. 05，而将上限设置为 1. 5。在如刚刚所述地修改条件表达式(6)的情况下，则增强了上述优点。优选地，上述变焦透镜满足以下条件表达式(7)和⑶(7)0. 5 < |F2/Fff| < 1. 0(8) 2. 0 < F4/FW <3.0其中，F2 第二透镜组的焦距F4:第四透镜组的焦距。条件表达式(7)定义了第二透镜组的焦距。如果适当地定义了第二透镜组的焦 距，则可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角变焦透镜的同时，可以 确保所期望的近似为3到6倍的放大率。如果第二透镜组的焦距变得低于条件表达式(7)的下限，则由于第二透镜组的折 射率变得过高，所以第二透镜组中像差的出现量增加。相反地，如果第二透镜组的焦距变得高于条件表达式(7)的上限，则第二透镜组 的移动量增加，以便获得所期望的放大率，并结果，前侧透镜和光圈之间的距离增加。因此， 前侧透镜的有效直径增加并且光学部件的有效直径增加，并且当光路被弯曲时图像拾取装 置和变焦透镜的厚度增加，这导致了未能实现厚度上的减少。条件表达式(8)定义了第四透镜组的焦距。如果适当地定义了第四透镜组的焦 距，则可以实现小尺寸的变焦透镜，该小尺寸的变焦透镜在其是广角变焦透镜的同时，可以 确保所期望的放大率。如果第四透镜组的焦距变得低于条件表达式(8)，则由于第四透镜组的折射率变 得过高，所以球面像差和彗形像差(comatic aberration)在变焦总范围上增加。相反地，如果第四透镜组的焦距变得高于条件表达式(8)的上限，则用于获得所 期望的放大率的第四透镜组的移动量增加，以增加光圈和第四透镜组之间的距离。因此， 第四透镜组的有效直径增加，这导致了图像拾取装置和变焦透镜的尺寸在厚度方向中的增 加。要注意，更优选地修改条件表达式(7)，使得将下限设置为0. 6，而将上限设置为 1. 0。更优选地修改条件表达式(8)，使得将下限限制为2. 15，而将上限设置为2. 6。如果如刚刚所述地修改条件表达式(7)和(8)，则增强了上述优点。在变焦透镜中，第五透镜组具有正折射率，并且将该第五透镜组配置为按照从对 象侧朝向图像侧的顺序来布置负透镜、用于对图像进行移位的在与光轴正交的方向中可移 动的第一正透镜、和具有被形成为非球面的至少一个面的第二正透镜。优选地，第五透镜组 满足以下条件表达式(9)、(10)和(11)(9)0. 15 < β 52 < 0. 55(10)0. 6 < β 53 < 1. 1
(11)-0. 2 < FW/F5 <0.2其中，β 52 第一正透镜在广角端的横向倍率β 53 第二正透镜在广角端的横向倍率F5:第五透镜组的焦距。在按照如上所述的这种方式来配置第五透镜组的情况下，消除了当图像拾取时由 相机晃动等导致的图像移动，并且此外，也可以抑制当对第一正透镜进行移位时的场曲的变化。条件表达式(9)定义了第一正透镜在广角端的横向倍率，而条件表达式(10)定义 了第二正透镜在广角端的横向倍率。如果适当地定义了第一和第二正透镜在广角端的横向倍率，则可以将第一正透镜 的移位移动量和图像在图像表面上的移动量之间的比率(在下文中，将该比率称作“图像 移动灵敏度”)设置为适当的值。此外，可以确保透镜处像差校正的良好效果。如果第一正透镜在广角端的横向倍率变得低于条件表达式(9)的下限或者如果 第二正透镜在广角端的横向倍率变得高于条件表达式(10)的上限，则图像移动灵敏度变 得过高。因此，用于适当地校正图像晃动的控制变得困难。相反地，如果第一正透镜在广角端的横向倍率变得高于条件表达式(9)的上限或 者如果第二正透镜在广角端的横向倍率变得低于条件表达式(10)的下限，则图像移动灵 敏度变得过低。结果，用于适当地校正图像晃动的第一正透镜的移位移动量变得过大，且这 增加了图像拾取装置和变焦透镜在厚度方向中的尺寸。条件表达式(11)定义了第五透镜组的焦距，且具体地定义了用于实现五组配置 的整个变焦透镜小型化的条件的范围。如上所述，第一正透镜必须具有由条件表达式(9) 和(10)定义的适当的图像移动灵敏度。因而，通过确保对于图像晃动校正最优的图像移动 灵敏度并且适当地定义第五透镜组的焦距，可以预期整个变焦透镜的小型化。如果第五透镜组的焦距变得低于条件表达式(11)的下限，则第五透镜组的负折 射率变得过高，并且从第一透镜组到第四透镜组的正折射率变得过高。因此，由第一透镜组 到第四透镜组生成的像差增加。此外，由第一透镜组到第四透镜组导致的像差被第五透镜 组扩大，并且这引起光学性能的严重劣化。相反地，如果第五透镜组的焦距变得高于条件表达式(11)的上限，则第五透镜组 的正折射率变得过高，并且从第一透镜组到第四透镜组的焦距变长。这引起变焦透镜总长 度的增加。要注意，更优选地修改条件表达式(9)，使得将下限设置为0. 2，而将上限设置为 0.5。其间，更优选地修改条件表达式(10)，使得将下限限制为0.7，而将上限设置为1.1。 此外，更优选地修改条件表达式(11)，使得将下限限制为-0. 05，而将上限设置为0. 05。在如上所述地修改条件表达式(9)、(10)和(11)的情况下，增强了上述优点。在变焦透镜中，优选地，第五透镜组的第一正透镜用树脂形成，并且具有被形成为 非球面的至少一个面。通过用树脂形成第五透镜组的第一正透镜，可以预期成本的减少，并且重量的减 少使得易于在与光轴正交的方向中移动第一正透镜。此外，尽管关于如本发明实施例中的这种弯曲光学系统的变焦透镜已知了可以通过切割透镜的端部或外周部分来预期图像拾 取装置和变焦透镜在厚度方向中尺寸上的减少，但是也可以通过注塑成型来形成第一正透 镜，使得它具有其上没有形成端部的形状。结果，可以省略该切割步骤，并且可以实现生产 成本的减少。变焦透镜的数值示例在下文中，参考附图和表格来描述根据本发明具体实施例的变焦透镜和应用到所 述实施例的数值示例。要注意，在所述表格和以下描述中使用的字符如下“Si”表示当从对象侧朝向图像侧计数的第i面；“ri”表示第i面的曲率半径； “di”表示在轴上第i面和第i+Ι面之间的面距离；“ni”表示从第i面开始透镜等关于d线 (λ = 587. 6nm)的折射率，“vi ”表示从第i面开始透镜等关于d线的阿贝(Abbe)数；而 “DIAi”表示第i面的有效半径。此外，“F”表示整个透镜系统的焦距；“而0”表示F数(开 放F值)；而“ω”表示半视角。关于曲率的半径“ri”，“c ”表示该面是平面。此外，“K”表 示圆锥常数，而“44”、“46”、“48”和“々10”分别表示第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面 系数。要注意，在指示非球面系数的下面给出的表格中，“E-i，，是指数表达式，其中以10 为底，即"KTi”，且例如，“0. 12345E-05” 表示 “0. 12345 X 10_5”。在数值示例中使用的透镜包括具有非球面透镜面的一些透镜。通过以下表达式1 来定义非球面的面其中，“Z”是距非球面的顶点处切平面和球面的光轴高度“H”( = V (X2+Y2))处的 在光轴方向中的距离，而“C”是非球面的顶点处曲率(Ι/r)的半径。下面描述的实施例的变焦透镜1、2、3、4和5具有第一透镜组Gl到第五透镜组G5 的五组配置。在第五透镜组的图像侧布置图像拾取元件单元IU。图像拾取元件单元IU用具有 图像拾取面IMG和滤波器FL的图像拾取元件来配置。对于图像拾取元件，例如使用了 CCD 器件、CMOS器件等，而滤波器FL例如用红外截止滤波器或低通滤波器来配置。〈第一实施例〉图1示出了根据本发明第一实施例的变焦透镜1的透镜配置。参考图1，所示的变焦透镜1具有3. 73倍的放大率。变焦透镜1包括具有正折射率的第一透镜组G1、具有负折射率的第二透镜组G2、 具有正折射率的第三透镜组G3、具有正折射率的第四透镜组G4和具有正折射率的第五透 镜组G5。按照从对象侧朝向图像侧的顺序来布置第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜 组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5。第一透镜组Gl包括具有负折射率的第一透镜或前侧透镜L11、用作将光轴弯曲 90°的光学部件的棱镜L12、和具有正折射率的第三透镜或后侧透镜L13。按照从对象侧朝 向图像侧的顺序来布置第一透镜L11、棱镜L12和第三透镜L13。在变焦时，第一透镜组Gl具有在光轴方向中固定的位置。在第一透镜组Gl中布置棱镜L12，以将光轴弯曲90°。结果，可以预期图像拾取装置和变焦透镜在厚度方向中的 厚度减少。第二透镜组G2包括具有负折射率的第四透镜L21和以下胶合透镜，该胶合透镜包 括具有负折射率的第五透镜L22和具有正折射率且胶合到第五透镜L22的第六透镜L23。 按照从对象侧朝向图像侧的顺序来布置第四透镜L21和第五透镜L22。在从广角端朝向远摄端进行变焦时，从对象侧朝向图像侧移动第二透镜组G2。第二透镜组G2的第四透镜L21是双凹透镜，其图像侧的面具有非球面形状。由于 将第四透镜L21形成为其图像侧的面具有非球面形状的双凹透镜，所以可以有效地校正广 角范围中的倍率色像差和远摄范围中的彗形像差。第三透镜组G3包括具有正折射率的第七透镜L31。在变焦时，第三透镜组G3具有在光轴方向中固定的位置。第四透镜组G4包括以下胶合透镜，该胶合透镜包括具有正折射率的第八透镜L41 和具有负折射率且胶合到第八透镜L41的第九透镜L42。第四透镜组G4在从广角端朝向远摄端进行变焦时从图像侧朝向对象侧移动，并 且在进行聚焦时也可以沿着光轴方向移动。第五透镜组G5包括具有负折射率的第十透镜L51、具有正折射率并且可在与光轴 正交的方向中移动以对图像进行移位的第十一透镜或第一正透镜L52、和具有正折射率的 第十二透镜或第二正透镜L53。按照从对象侧朝向图像侧的顺序来布置第十透镜L51、第 i^一透镜L52和第十二透镜L53。将第五透镜组G5的第十透镜L51形成为双凹透镜。由于将第十透镜L51形成为 双凹透镜，所以可以抑制广角范围中倍率色像差的出现。第五透镜组G5的第i^一透镜L52和第十二透镜L53具有非球面的面。由于第i^一 透镜L52和第十二透镜L53具有非球面的面，所以可以有效地校正广角区域中的场曲，并且 可以抑制当第十一透镜L52在与光轴正交的方向中移动时像差的变化。第五透镜组G5的第十一透镜L52和第十二透镜L53两者用树脂材料形成。由于 第十一透镜L52和第十二透镜L53用树脂材料形成，所以可以实现成本减少。此外，由于第 十一透镜L52用树脂材料形成，所以可以通过减少重量来促进第十一透镜L52在与光轴正 交的方向中的移动。将光圈顶布置在第三透镜组G3的附近并且在其图像侧。在表1中指示其中将特定数值应用于第一实施例的变焦透镜1的数值示例1的透 镜数据、连同广角端状态(F = 5. 18)、中间焦距状态(F = 9. 99)和远摄端状态(F = 19. 30) 中的F数!^0和半视角ω。表 1F = 5. 18 9. 99 19. 30Fno = 3. 6 3. 8 4. 6ω = 38. 7° 21. 3° 11. 4°
权利要求
1.一种变焦透镜，包括 具有正折射率的第一透镜组； 具有负折射率的第二透镜组； 具有正折射率的第三透镜组； 具有正折射率的第四透镜组；以及 具有正或负折射率的第五透镜组；所述第一、第二、第三、第四和第五透镜组按照从所述变焦透镜的对象侧到图像侧的顺 序来布置；所述第二透镜组和所述第四透镜组在变焦时在光轴方向中移动； 所述第一透镜组在变焦时具有在光轴方向中固定的位置；所述第一透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的具有负折射率的前侧 透镜、用于弯曲光程的光学部件和具有正折射率的后侧透镜； 所述第三透镜组在变焦时具有在光轴方向中固定的位置；所述变焦透镜还包括在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间或者在所述第三透镜 组和所述第四透镜组之间布置的光圈；所述变焦透镜满足以下条件表达式(1)、( 和(3)(1)1. 8 < Fl/Fff < 3. 0(2)2.0 < D1G/FW < 3. 3(3)2.0 < DIA11/DIA21 < 3. 0 其中，Fl 所述第一透镜组的焦距DlG 所述第一透镜组在所述光轴上的厚度Fff 所述整个透镜系统在广角端的焦距DIAll 所述第一透镜组的最对象侧的所述透镜表面在广角端的有效直径 DIA21 所述第二透镜组的最对象侧的所述透镜表面在广角端的有效直径。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中所述变焦透镜满足以下条件表达式⑷和(5)(4)2.1 < FG1/FW < 3. 3(5)1. 8 < FRff/Fff < 2. 4 其中，FGl 所述第一透镜组的所述前侧透镜的焦距FRW:从所述第一透镜组的所述后侧透镜到所述第五透镜组在广角端的焦距。
3.根据权利要求1的变焦透镜，其中所述第二透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的 顺序而布置的负透镜以及负透镜和正透镜的胶合透镜，并且所述第四透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的正透镜和负透镜的胶 合透镜；所述变焦透镜满足以下条件表达式(6)(6)0.84 < D4/D2 < 2. 0 其中，D2 所述第二透镜组在图像拾取对象位于无穷远的情况下变焦时的移动量D4 所述第四透镜组在图像拾取对象位于无穷远的情况下变焦时的移动量。
4.根据权利要求1的变焦透镜，其中所述变焦透镜满足以下条件表达式(7)和⑶(7)0.5 < F2/FW < 1. 0(8)2. 0 < F4/FW <3.0 其中，F2 所述第二透镜组的焦距 F4 所述第四透镜组的焦距。
5.根据权利要求1的变焦透镜，其中所述第五透镜组具有正折射率，并且将所述第五 透镜组配置为使得按照从对象侧朝向图像侧的顺序来布置负透镜、在与光轴正交的方向中 可移动的以对图像进行移位的第一正透镜、和至少一个面被形成为非球面的第二正透镜；所述第五透镜组满足以下条件表达式(9)、(10)和(11)(9)0.15 < β 52 < 0. 55(10)0.6 < β 53 < 1. 1(11)-0.2 < FW/F5 < 0. 2 其中，β 52 所述第一正透镜在广角端的横向倍率 β 53 所述第二正透镜在广角端的横向倍率 F5 所述第五透镜组的焦距。
6.根据权利要求5的变焦透镜，其中所述第五透镜组的所述第一正透镜用树脂形成， 并且具有被形成为非球面的至少一个面。
7.一种图像拾取装置，包括 变焦透镜；以及图像拾取元件，用于将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号； 所述变焦透镜包括具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正 折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组和具有正或负折射率的第五透镜组；所述第一、第二、第三、第四和第五透镜组按照从所述变焦透镜的对象侧到图像侧的顺 序来布置；所述第二透镜组和所述第四透镜组在变焦时在光轴方向中移动； 所述第一透镜组在变焦时具有在光轴方向中固定的位置；所述第一透镜组包括按照从对象侧朝向图像侧的顺序而布置的具有负折射率的前侧 透镜、用于弯曲光程的光学部件和具有正折射率的后侧透镜； 所述第三透镜组在变焦时具有在光轴方向中固定的位置；所述变焦透镜还包括在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间或者在所述第三透镜 组和所述第四透镜组之间布置的光圈；所述变焦透镜满足以下条件表达式(1)、( 和(3)(1)1. 8 < Fl/Fff < 3. 0(2)2.0 < D1G/FW < 3. 3(3)2.0 < DIA11/DIA21 < 3. 0 其中，Fl 所述第一透镜组的焦距DlG 所述第一透镜组在所述光轴上的厚度Fff 所述整个透镜系统在广角端的焦距DIAll 所述第一透镜组的最对象侧的所述透镜表面在广角端的有效直径 DIA21 所述第二透镜组的最对象侧的所述透镜表面在广角端的有效直径。
全文摘要
一种变焦透镜和图像拾取装置，所述变焦透镜包括具有正折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组；以及具有正或负折射率的第五透镜组；所述第一、第二、第三、第四和第五透镜按照从所述变焦透镜的对象侧到图像侧的顺序来布置。
文档编号H04N5/225GK102103253SQ20101058593
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月13日 优先权日2009年12月18日
发明者松井拓未 申请人:索尼公司