專利名稱：變焦透鏡和使用變焦透鏡的圖像拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊湊并且適于實現(xiàn)相機深度方向上的薄型結(jié)構(gòu)的變焦透鏡，它適于用在數(shù)字輸入/輸出設(shè)備(例如數(shù)碼相機或攝影機等等)的圖像拾取光學系統(tǒng)中，并且本發(fā)明還涉及一種使用這種變焦透鏡的圖像拾取裝置。
本申請要求于2004年3月17日申請的日本專利申請No.2004-077213的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此結(jié)合引用。
背景技術(shù)：
近年來，使用固態(tài)圖像拾取裝置的圖像拾取裝置，例如數(shù)碼相機(digitalstill camera)，開始流行。隨著這種數(shù)碼相機的流行，提出了實現(xiàn)更高圖像質(zhì)量的要求。特別地，在具有大量像素的數(shù)碼相機等等中，需要成像性能良好的攝像(成像)透鏡，特別是具有大量像素的固態(tài)圖像拾取裝置所需的變焦透鏡。此外，還存在著對小型化的要求，特別地，需要能夠?qū)崿F(xiàn)相機深度方向上的薄型結(jié)構(gòu)的變焦透鏡。
例如，作為結(jié)構(gòu)緊湊并且成像性能良好的常規(guī)變焦透鏡，有一種三組變焦透鏡，它包括，自物側(cè)起(object side)順次的一負第一透鏡組、一正第二透鏡組和一正第三透鏡組，如日本專利申請No.2002-350726中所述。在此專利的光學系統(tǒng)中，光學系統(tǒng)透鏡的總厚度受限于凹入盒體時在相機深度方向上的厚度，因此不能說在相機深度方向上的小型化是足夠的。
另一方面，還有一種變焦透鏡，其中棱鏡被插在透鏡之間，從而彎曲或折疊光學系統(tǒng)，因此能夠進一步促進在相機深度方向上的小型化。例如，如日本專利申請No.1996-248318中所述，在由自物側(cè)起順次的一第一正透鏡組、一第二負透鏡組、一第三正透鏡組和一第四正透鏡組構(gòu)成的四組變焦透鏡光學系統(tǒng)中，光軸通過棱鏡被彎曲或折疊，從而實現(xiàn)在相機深度方向上的小型化。在該專利文獻中描述的光學系統(tǒng)，前(光學)寶石(gem)(前透鏡元件)和反射元件很大，以至于不能充分小型化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種新型的變焦透鏡和使用這種變焦透鏡的圖像拾取裝置，這種變焦透鏡能夠解決常規(guī)變焦透鏡具有的問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種緊湊并且適于實現(xiàn)在相機深度方向上的薄型結(jié)構(gòu)的變焦透鏡，它被用于攝像機或數(shù)碼相機等，以及使用這種變焦透鏡的圖像拾取裝置。
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包括，自物側(cè)起順次為，包括一用于彎曲或者折疊光軸的反射元件并且具有負折射力(refractive power)的第一組，具有負折射力的第二組，以及在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時被固定的并且用于調(diào)整光量的光量調(diào)整元件。
此外，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包括，自物側(cè)起順次為，包括一用于彎曲或者折疊光軸的反射元件并且具有負折射力的第一組，具有負折射力的第二組，具有正折射力的第三組和具有正折射力的第四組，其中用于調(diào)整光量的光量調(diào)節(jié)元件在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時被固定。
根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置包括一變焦透鏡和將變焦透鏡形成的圖像轉(zhuǎn)換成電信號的一圖像拾取裝置，其中在圖像拾取裝置中使用的變焦透鏡包括，自物側(cè)起順次為，包括一用于彎曲或者折疊光軸的反射元件并且具有負折射力的第一組，具有負折射力的第二組和在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時固定的并且用于調(diào)整光量的光量調(diào)整元件，或者該變焦透鏡包括，自物側(cè)起順次為，包括一用于彎曲或者折疊光軸的反射元件并且具有負折射力的第一組，具有負折射力的第二組，具有正折射力的第三組和具有正折射力的第四組，其中用于調(diào)整光量的一光量調(diào)節(jié)元件在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時被固定。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡中，在入射光軸方向上的長度能夠被大大減小，同時保持較高的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)比和高圖像質(zhì)量，并且這里使用了一所謂的負導結(jié)構(gòu)，其中第一和第二透鏡組被設(shè)置為具有負折射力。因而，前寶石(前光學元件)和反射元件能夠被減小。另外，由于用于調(diào)整光量的光量調(diào)節(jié)元件在調(diào)整操作時被固定，反射鏡柱形結(jié)構(gòu)能夠變得更緊湊。
在本發(fā)明的變焦透鏡中，在入射光軸方向上的長度能夠被大大減小，同時保持較高的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)比和高圖像質(zhì)量，并且光學前端寶石和反射元件能夠通過負導結(jié)構(gòu)而被減小。此外，由于用于調(diào)整光量的光量調(diào)節(jié)元件在調(diào)整操作時被固定，反射鏡的柱形結(jié)構(gòu)能夠變得更緊湊。
在本發(fā)明的圖像拾取裝置中，成像性能被提高，并且變焦透鏡的在入射光軸方向上的長度被減少，從而前端寶石直徑和反射元件能夠被減小，并且反射鏡的柱形結(jié)構(gòu)能夠變得更緊湊。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)和薄型結(jié)構(gòu)的圖像拾取裝置。
應(yīng)用本發(fā)明可改進在攝像機或數(shù)碼相機等中使用的變焦透鏡的成像性能和小型化。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從下文參考附圖給出的典型實施例中顯見。
圖1是應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的一第一實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的一第二實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖3是應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的一第三實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖4是應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的一第四實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖5是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第一實施例的短焦距(距離)端的各種像差。
圖6是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第一實施例的中間焦距(距離)的各種像差。
圖7是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第一實施例的長焦距(距離)端的各種像差。
圖8是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第二實施例的短焦距(距離)端的各種像差。
圖9是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第二實施例的中間焦距(距離)的各種像差。
圖10是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第二實施例的長焦距(距離)端的各種像差。
圖11是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的短焦距(距離)端的各種像差。
圖12是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的中間焦距(距離)的各種像差。
圖13是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的長焦距(距離)端的各種像差。
圖14是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的短焦距(距離)端的各種像差。
圖15是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的中間焦距(距離)的各種像差。
圖16是表示應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡的第三實施例的長焦距(距離)端的各種像差。
圖17是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖18是應(yīng)用于本發(fā)明的圖像拾取裝置的框圖。
具體實施例方式
將參照圖1到4說明本發(fā)明的變焦透鏡的第一到第四實施例。
圖1到4分別是對應(yīng)第一到第四實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)圖，并且通過光學剖面圖展示了在廣角端狀態(tài)(wide-angle end state)(a)和遠視端狀態(tài)(telescopic end state)(b)下的透鏡設(shè)置。在各個透鏡結(jié)構(gòu)圖中的箭頭mj(j＝1，2…)表示，在標準模式(model form)下，第j個透鏡組(GRj)的移動，例如從廣角端狀態(tài)(a)到遠視端狀態(tài)(b)的變焦操作等等。此外，在各個透鏡結(jié)構(gòu)圖中，標有ri(I＝1，2，…)的平面是指從物面?zhèn)乳_始計數(shù)的第i個平面。此外，在各個透鏡結(jié)構(gòu)圖中，I表示圖像拾取裝置的像面，CG是指該圖像拾取裝置的蓋片，LPF表示低通濾波器。
如圖1中透鏡結(jié)構(gòu)圖所示，第一實施例的變焦透鏡由自物側(cè)起的負第一透鏡組GR1、負第二透鏡組GR2、正第三透鏡組GR3、光量調(diào)節(jié)元件ST1和正第四透鏡組GR4構(gòu)成。
第一透鏡組GR1由一負透鏡和一用于將光軸彎曲或折疊90度的直角棱鏡組成。第二透鏡組GR2由在其像面?zhèn)葹榉乔蛎娴囊回撏哥R和一正透鏡組成。第三透鏡組GR3由在其兩側(cè)都為非球面的一正透鏡、該正透鏡和一負透鏡的連接透鏡以及一正透鏡組成。第四透鏡組GR4由在其物側(cè)為非球面的正透鏡組成。
在第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間，安裝有用于調(diào)整光量的光圈，ND濾波器和光量調(diào)節(jié)元件ST1，例如液晶等等。在變焦操作時固定第一透鏡組GR1和低通濾波器LPF的位置。此外，第三透鏡組GR3包括一用于在最靠近物的一側(cè)限制孔徑直徑的孔徑限制元件ST2。該孔徑限制元件ST2僅用于限制孔徑直徑。例如，使用光屏蔽板等等作為孔徑限制元件。
在進行從圖1A的廣角端狀態(tài)到圖1B的遠視端狀態(tài)的放大倍數(shù)的改變或調(diào)節(jié)操作時，第二透鏡組GR2向像面?zhèn)纫苿又蠼又砸籙形轉(zhuǎn)彎向物側(cè)移動，并且第三透鏡組GR3向物側(cè)移動，第四透鏡組GR4略向像面?zhèn)纫苿印?br>
此外，第一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的最短焦距狀態(tài)的實際設(shè)置如圖17所示。當在圖1的透鏡結(jié)構(gòu)圖中反射元件的結(jié)構(gòu)被示意性地表示為平行平板時，直角棱鏡PR的設(shè)置如圖17中所示的實際結(jié)構(gòu)。這里，在圖17中，TL指代變焦透鏡系統(tǒng)，RS指代直角棱鏡PR的反射面，以及SR指代圖像拾取裝置。需要注意的是，這樣的結(jié)構(gòu)與稍后描述的第二和第三實施例中的變焦透鏡系統(tǒng)類似。此外，同樣在第四實施例中的變焦透鏡系統(tǒng)，具有反射面RS的反射鏡M被設(shè)置在圖17中直角棱鏡PR的位置。
如圖2的透鏡結(jié)構(gòu)圖所示，第二實施例的變焦透鏡由自物側(cè)起的一負第一透鏡組GR1、一負第二透鏡組GR2、一正第三透鏡組GR3、一光量調(diào)節(jié)元件ST1和一正第四透鏡組GR4構(gòu)成。
第一透鏡組GR1由一負透鏡和一用于將光軸彎曲或折疊90度的直角棱鏡組成。第二透鏡組GR2由一在其像側(cè)為非球面的負透鏡和一正透鏡組成。第三透鏡組GR3由一其兩側(cè)都為非球面的正透鏡、該正透鏡和一負透鏡的連接透鏡以及一正透鏡組成。第四透鏡組GR4由一其兩側(cè)為非球面的塑料正透鏡組成。在第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間，安裝有一用于調(diào)整光量的光圈，ND濾波器和一光量調(diào)節(jié)元件ST1，例如液晶等等。在變焦操作時固定第一透鏡組GR1和低通濾波器LPF的位置。此外，第三透鏡組GR3包括用于在最靠近物的一側(cè)限制孔徑直徑的孔徑限制元件ST2。該孔徑限制元件ST2僅用于限制孔徑直徑。例如光屏蔽板等用作孔徑限制元件。
在進行從圖2A的廣角端狀態(tài)到圖2B的遠視端狀態(tài)的放大倍數(shù)的改變或調(diào)節(jié)操作時，第二透鏡組GR2向像面?zhèn)纫苿又蠼又砸籙形轉(zhuǎn)彎向物側(cè)移動，并且第三透鏡組GR3向物側(cè)移動，第四透鏡組GR4略向像面?zhèn)纫苿印?br>
第三實施例的變焦透鏡由自物側(cè)起的一負第一透鏡組GR1，一負第二透鏡組GR2，一正第三透鏡組GR3，一光量調(diào)節(jié)元件ST1和一正第四透鏡組GR4構(gòu)成。
第一透鏡組GR1由一負透鏡和一用于將光軸彎曲或折疊90度的直角棱鏡組成。第二透鏡組GR2由一其兩側(cè)為非球面的塑料負透鏡和一正透鏡組成。第三透鏡組GR3由一正透鏡、該正透鏡和一負透鏡的連接透鏡以及一兩側(cè)都為非球面的塑料正透鏡組成。第四透鏡組GR4由一兩側(cè)都為非球面的塑料正透鏡組成。在第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間，安裝有一用于調(diào)整光量的光圈、ND濾波器和一光量調(diào)節(jié)元件ST1，例如液晶等等。在變焦操作時固定第一透鏡組GR1和低通濾波器LPF的位置。此外，第三透鏡組GR3包括一用于在最靠近物的一側(cè)限制孔徑直徑的孔徑限制元件ST1。該孔徑限制元件ST1僅用于限制孔徑直徑。例如，光屏蔽板等用作孔徑限制元件。
在進行從圖3A的廣角端狀態(tài)到圖3B的遠視端狀態(tài)的放大倍數(shù)的改變或調(diào)節(jié)操作時，第二透鏡組GR2向像面?zhèn)纫苿又蠼又砸籙形轉(zhuǎn)彎向物側(cè)移動，并且第三透鏡組GR3向物側(cè)移動，第四透鏡組GR4向像面?zhèn)纫苿又蠼又砸籙形轉(zhuǎn)彎向物側(cè)移動。
第四實施例的變焦透鏡由自物側(cè)起的一負第一透鏡組GR1，一負第二透鏡組GR2，一正第三透鏡組GR3，一光量調(diào)節(jié)元件ST1和一正第四透鏡組GR4。
第一透鏡組GR1由一負透鏡和一用于將光軸彎曲或折疊90度的反射鏡M組成。第二透鏡組GR2由一兩側(cè)為非球面的負透鏡和一正透鏡組成。第三透鏡組GR3由一兩側(cè)為非球面的正透鏡、該正透鏡和一負透鏡的連接透鏡以及一正透鏡組成。第四透鏡組GR4由一兩側(cè)都為非球面的正透鏡組成。在第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間，安裝有一用于調(diào)整光量的光圈，ND濾波器和一光量調(diào)節(jié)元件ST1，例如液晶等等。在變焦操作時固定第一透鏡組GR1和低通濾波器LPF的位置。此外，第三透鏡組GR3包括一用于在靠近物側(cè)限制孔徑直徑的孔徑限制元件ST2。該孔徑限制元件ST2僅用作限制孔徑直徑。例如，光屏蔽板等用作孔徑限制元件。
在進行從圖4A的廣角端狀態(tài)到圖4B的遠視端狀態(tài)的放大倍數(shù)的改變或調(diào)節(jié)操作時，第二透鏡組GR2向像面?zhèn)纫苿又蠼又砸籙形轉(zhuǎn)彎向物側(cè)移動，并且第三透鏡組GR3向物側(cè)移動，第四透鏡組GR4略向像面?zhèn)纫苿印?br>
在上述第一到第四實施例的變焦透鏡中，使用了這樣的結(jié)構(gòu)通過反射元件將光軸彎曲或折疊大約90度，因此極大地縮短在入射光軸方向上的長度，并且在反射面附近重疊物光的光路。因此，能夠有效利用空間并且實現(xiàn)小型化。在上述變焦透鏡中，反射鏡的位置被設(shè)為在最靠近物的一側(cè)的第一透鏡組的位置，使得使用變焦透鏡的圖像拾取裝置的小型化成為可能。
此外，在第一到第四實施例的變焦透鏡中，為了使得第一透鏡組和第二透鏡組具有負折射力，使用了所謂負導結(jié)構(gòu)(minus lead configuration)，從而使得可減少前端寶石(前端光學元件)直徑和反射元件。
此外，在第一到第四實施例的變焦透鏡中，不需要復(fù)雜的反射鏡柱狀結(jié)構(gòu)，并且可實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)和薄型結(jié)構(gòu)。此外，由于光量調(diào)節(jié)元件ST1被設(shè)置在第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間，因此能夠最有效地小型化。
在第一到第三實施例的變焦透鏡中，由于直角棱鏡被用作反射元件，因此，與使用反射鏡時相比較，透過棱鏡的間距使得間距小于根據(jù)介質(zhì)的折射率的通?？諝忾g距(air spacing)的物理間距。因此，能夠通過更緊湊的布局獲得等價的光學結(jié)構(gòu)。
下面將說明如在第一到第四實施例的負·負·正·正的變焦透鏡系統(tǒng)，或以負·負開始的變焦透鏡系統(tǒng)中需要滿足的條件。
需要注意的是，如果下文解釋的條件分別被自身滿足，那么可以獲得相應(yīng)的作用/效果，同時必然的是，從光學性能和/或小型化的角度來說，滿足多個條件是更優(yōu)選的。
需要滿足以下條件式或表達式。
0.1＜|f1/f2|＜1.2…(1)在上述公式中，f1第一透鏡組的焦距f2第二透鏡組的焦距條件式(1)是一用于限定第一透鏡組和第二透鏡組之間焦距比的條件式。當焦距比小于或等于條件式(1)的下限時，第一透鏡組的焦距變短。從而，糾正失真像差變得困難。當焦距比超過條件式(1)的上限時，第一組的焦距變長，導致增加前端寶石的直徑。因而，小型化變得困難，并且第二透鏡組的焦距變短。因而，第二透鏡組的偏心靈敏度增加。
此外，需要滿足以下條件式(2)。
1.6＜D12w/fw＜5…(2)在上述公式中，D12w從在廣角端狀態(tài)下最靠近自反射元件的物側(cè)的透鏡組的像側(cè)的平面到最靠近第二透鏡組物側(cè)的平面的間距，fw廣角端狀態(tài)下整個系統(tǒng)的焦距。
條件式(2)是用于限定從在廣角端狀態(tài)下最靠近自反射元件的像側(cè)的透鏡組的像側(cè)的平面到最靠近第二透鏡組物側(cè)的平面的間距。當從最靠近自反射元件的物側(cè)的透鏡組的像側(cè)的平面到最靠近第二透鏡組的物側(cè)的平面的間距等于或小于條件式(2)中的下限時，在反射元件前的元件組的負光焦度太強。因而，難以糾正失真像差。另外，反射元件的安裝空間小，使得安裝此反射元件變得困難。另一方面，當上述間距超過條件式(2)中的上限時，在反射元件前的元件組的負光焦度太弱，導致前端寶石直徑和反射元件的增加。因而，難以小型化。
此外，結(jié)合第一到第三實施例中第一透鏡組的結(jié)構(gòu)，當棱鏡被用作在變焦透鏡系統(tǒng)內(nèi)彎曲或折疊光軸的反射元件的情況下，需要使用具有較高折射率的含氮材料。優(yōu)選的折射率是1.7或更大。更佳的是折射率在1.8或更大。
當棱鏡的折射率為1.7或更小，較難實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)。此外，當折射率為1.7或更大，反射條件變得接近于全反射條件，因而光強的損失減小。這是最佳的。此外，折射率為1.8或更大，可以進一步減少光強損失。
將通過數(shù)值數(shù)據(jù)與像差圖等等來更準確的解釋應(yīng)用于本發(fā)明的圖像拾取裝置中使用的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
這里提及的作為例子的實施例1-4分別對應(yīng)于前述第一到第四實施例，并且代表第一到第四實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖(參見圖1到4)分別表示相應(yīng)實施例1到4的透鏡結(jié)構(gòu)。
在各個實施例的數(shù)值數(shù)據(jù)中，ri(i＝1，2，…)表示自物側(cè)起的第i個平面的曲率半徑，ndi(i＝1，2，…)表示自物側(cè)起的第i個光學元件相對于直線d的折射率，以及vdi(i＝1，2，…)表示自物側(cè)起的第i個光學元件相對于直線d的阿貝數(shù)。
此外，在數(shù)字中，標有(可變)的軸向間距di表示在變焦操作時廣角端狀態(tài)(短焦距端，W)～中間(中間焦距端，M)～遠視端狀態(tài)(長焦距端，T)下的可變的間距。此外，在數(shù)值數(shù)據(jù)中，F(xiàn)No.表示F數(shù)，f表示焦距(mm)，并且ω表示半圖像角度(°)，其中這些值表示的是整個系統(tǒng)中分別相應(yīng)于焦距狀態(tài)(W)，(M)，(T)的值。
此外，在數(shù)值數(shù)據(jù)中，(ASP)所指的平面是非球面，并且非球面的形狀是由以下公式表示的形狀。
x=y2·c21+(1-ϵ·y2·c2)1/2+ΣAi·Yi]]>在上述公式中，x、y、c、ε和Ai的定義如下。
x在光軸方向上距透鏡表面頂點的距離y在垂直于光軸的方向上的高度c透鏡頂點處的近軸曲率ε圓錐常量(cone constant)Ai第i個非球面系數(shù)用于固定上述實施例1到4中所示的變焦透鏡的條件式(1)和條件式(2)的各個數(shù)值和條件式將在下表1中示出。
圖5到16表示實施例1到4的各種像差(從左起順次為為球面像差、像散和失真像差)。在球面像差的情況下，相對于孔徑F值的比率被設(shè)在縱坐標，并且散焦被設(shè)在橫坐標，其中實線d表示在d線處的球面像差，虛線c表示在線c處的球面像差，并且單點劃線g表示g線處的球面像差。在像散像差中，縱坐標表示圖像高度(mm)，橫坐標表示焦點，實線(DS)表示弧矢(sagittal)像面，虛線(DM)表示子午(meridional)像面。在失真像差的情況下，縱坐標表示圖像高度(mm)，橫坐標表示失真百分比。此處，IMG HT表示圖像高度(mm)。
從表1中還可以知道，實施例1到4的變焦透鏡滿足條件式(1)和條件式(2)。此外，如各個像差圖中所示，在廣角端狀態(tài)(W)、廣角端狀態(tài)和遠視端狀態(tài)之間的中間焦距(M)，以及遠視端狀態(tài)(T)下很好地平衡校正了各個像差。
<實施例1>
(W)～(M)～(T)FNo.＝2.86～4.15～5.17f＝3.69～7.02～10.70ω＝38.56～21.79～14.41d4＝0.880～3.827～0.880d8＝12.829～3.737～1.724d16＝1.405～7.550～12.510d17＝1.519～2.630～2.830d19＝2.151～1.040～0.840[曲率半徑] [軸向間距][折射率][阿貝數(shù)]r1＝22.595 d1＝0.650 nd1＝1.88300vd1＝40.805r2＝8.409 d2＝2.300r3＝∞ d3＝8.900 nd2＝1.84666vd2＝23.785r4＝∞ d4＝(可變)r5＝81.924 d5＝0.900 nd3＝1.73077vd3＝40.501r6＝4.612(ASP) d6＝1.410r7＝9.874 d7＝2.100 nd4＝1.84666vd4＝23.785r8＝882.961d8＝(可變)r9＝孔徑限制元件 d9＝0.100r10＝5.520(ASP)d10＝2.200nd5＝1.58313vd5＝59.461r11＝-12.931(ASP) d11＝0.320r12＝24.065d12＝2.220nd6＝1.48749vd6＝70.441r13＝-5.047d13＝0.600nd7＝1.64769vd7＝33.841r14＝4.327 d14＝1.145r15＝12.000d15＝1.411nd8＝1.48749vd8＝70.441r16＝-14.666 d16＝(可變)r17＝光量調(diào)節(jié)元件 d17＝(可變)r18＝-18.906(ASP) d18＝2.000nd9＝1.77377vd9＝47.200r19＝-9.058d19＝(可變)r20＝∞d20＝1.530nd10＝1.51680 vd10＝64.198r21＝∞d21＝0.500
r22＝∞d22＝0.600nd11＝1.51680vd11＝64.198r23＝∞[第6面(r6)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.154426×10-2，A6＝-0.967007×10-5，A8＝-0.441264×10-5，A10＝0.125661×10-6[第10面(r10)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.111861×10-2，A6＝-0.460219×10-4，A8＝0.192625×10-5，A10＝-0.101161×10-5[第11面(r11)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.540695×10-3，A6＝0.292235×10-5，A8＝-0.817608×10-5，A10＝-0.224752×10-6[第18面(r18)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.479030×10-3，A6＝-0.679555×10-4，A8＝0.872286×10-5，A10＝-0.361221×10-6<實施例2>
(W)～(M)～(T)FNo.＝2.86～4.15～5.21f＝5.71～10.84～16.54ω＝32.24～17.45～11.52d4＝1.100～4.350～0.839d8＝15.058～4.456～1.651d14＝2.614～9.973～16.282d15＝3.236～4.582～4.629d17＝2.594～1.240～1.200[曲率半徑][軸向間距][折射率][阿貝數(shù)]r1＝24.631d1＝0.700 nd1＝1.88300vd1＝40.805r2＝11.994d2＝2.400r3＝∞d3＝10.800nd2＝1.84666vd2＝23.785r4＝∞d4＝(可變)r5＝-92.234 d5＝1.200 nd3＝1.80611vd3＝40.734r6＝8.121(ASP)d6＝1.471
r7＝13.080d7＝2.550nd4＝1.84666vd4＝23.785r8＝264.232 d8＝(可變)r9＝孔徑限制元件 d9＝1.071r10＝8.616(ASP) d10＝2.840 nd5＝1.48749vd5＝70.441r11＝-11.801(ASP) d11＝0.340r12＝15.092 d12＝2.907 nd6＝1.72916vd6＝54.674r13＝-7.318 d13＝0.800 nd7＝1.59270vd7＝35.446r14＝4.864d14＝(可變)r15＝光量調(diào)節(jié)元件 d15＝(可變)r16＝-31.547(ASP) d16＝2.100 nd8＝1.52470vd8＝56.236r17＝-10.101(ASP) d17＝(可變)r18＝∞ d18＝1.900 nd9＝1.51680vd9＝64.198r19＝∞ d19＝0.600r20＝∞ d20＝0.700 nd10＝1.51680 vd10＝64.198r21＝∞[第6面(r6)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.236090×10-3，A6＝0.195539×10-5，A8＝-0.240030×10-6，A10＝0.568074×10-8[第10面(r10)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.810299×10-3，A6＝-0.309901×10-6，A8＝-0.164625×10-5，A10＝-0.132742×10-8[第11面(r11)的非球面數(shù)據(jù)]ε1＝1，A4＝-0.150065×10-3，A6＝0.743678×10-5，A8＝-0.226961×10-5，A10＝0.404500×10-7[第16面(r16)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.209875×10-3，A6＝-0.202921×10-4，A8＝0.765438×10-6，A10＝0.226804×10-7[第17面(r17)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝0.271556×10-3，A6＝-0.317324×10-4，A8＝0.132533×10-5，A10＝0.000000×1000<實施例3>
(W)～(M)～(T)FNo.＝2.86～4.09～5.05F＝5.70～10.83～16.53ω＝32.26～17.56～11.55d4＝1.210～4.570～1.091d8＝14.658～4.102～1.239d16＝1.639～8.834～15.177d17＝1.600～4.137～3.761d19＝3.777～1.240～1.615[曲率半徑] [軸向間距][折射率][阿貝數(shù)]r1＝24.599 d1＝0.700 nd1＝1.88300vd1＝40.805r2＝11.190 d2＝2.400r3＝∞ d3＝10.450nd2＝1.84666vd2＝23.785r4＝∞ d4＝(可變)r5＝-14.092(ASP)d5＝1.360 nd3＝1.52470vd3＝56.236r6＝12.422(ASP) d6＝1.400r7＝10.136 d7＝1.880 nd4＝1.84666vd4＝23.785r8＝19.634 d8＝(可變)r9＝孔徑限制元件d9＝1.200r10＝11.100 d10＝2.359nd5＝1.58913vd5＝61.253r11＝-99.119d11＝0.100r12＝7.694 d12＝2.947nd6＝1.65844vd6＝50.855r13＝-11.867d13＝0.700nd7＝1.71736vd7＝29.501r14＝7.244 d14＝1.300r15＝-43.564(ASP) d15＝1.700nd8＝1.52470vd8＝56.236r16-18.354(ASP) d16＝(可變)r17＝光量調(diào)節(jié)元件 d17＝(可變)r18＝-22.956(ASP) d18＝2.550nd9＝1.52470vd9＝56.236r19＝-10.989(ASP) d19＝(可變)r20＝∞ d20＝1.870nd10＝1.51680 vd10＝64.198r21＝∞ d21＝0.600
r22＝∞ d22＝0.720nd11＝1.51680vd10＝64.198r23＝∞[第5面(r5)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝0.189079×10-2，A6＝-0.703670×10-4A8＝0.186108×10-5，A10＝-0.226657×10-7[第6面(r6)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝0.193344×10-2，A6＝-0.666082×10-4，A8＝0.187470×10-5，A10＝-0.262350×10-7[第15面(r15)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.574999×10-3，A6＝0.386315×10-4，A8＝0.964146×10-6，A10＝0.000000×1000[第16面(r16)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝0.195080×10-3，A6＝0.465132×10-4，A8＝0.148996×10-5，A10＝0.000000×1000[第18面(r18)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.212753×10-3，A6＝0.457906×10-4，A8＝-0.413322×10-6，A10＝0.000000×1000[第19面(rl9)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝0.133306×10-3，A6＝0.284156×10-4，A8＝0.230880×10-6，A10＝0.000000×1000<實施例4>
(W)～(M)～(T)FNo.＝2.87～4.34～5.53f＝4.85～9.22～14.07ω＝38.29～21.60～14.30d4＝0.780～4.152～0.780d8＝16.722～5.627～2.323d16＝2.243～9.966～16.642d17＝1.349～3.787～3.969d19＝3.640～1.202～1.020[曲率半徑] [軸向間距][折射率][阿貝數(shù)]
r1＝29.54 d1＝0.850nd1＝1.88300vd1＝40.805r2＝11.27 d2＝3.800r3＝∞ d3＝12.220r4＝∞ d4＝(可變)r5＝26.237(ASP)d5＝1.200nd2＝1.73077vd2＝40.501r6＝5.980(ASP) d6＝2.320r7＝12.918 d7＝2.740nd3＝1.84666vd3＝23.785r8＝72.468 d8＝(可變)r9＝孔徑限制元件 d9＝0.130r10＝7.857(ASP)d10＝3.420 nd4＝1.58313vd4＝59.461r11＝-26.882(ASP) d11＝1.200r12＝11.250d12＝2.938 nd5＝1.48749vd5＝70.441r13＝-6.313d13＝0.800 nd6＝1.67270vd6＝32.171r14＝5.285 d14＝0.913r15＝16.649d15＝1.525 nd7＝1.48749vd7＝70.441r16＝-32.796 d16＝(可變)r17＝光量調(diào)節(jié)元件 d17＝(可變)r18＝-47.622(ASP) d18＝1.900 nd8＝1.77377vd8＝47.200r19＝-14.003(ASP) d19＝(可變)r20＝∞d20＝1.200 nd9＝1.51680vd9＝64.198r21＝∞d21＝0.600r22＝∞d22＝0.500 nd10＝1.51680 vd10＝64.198r23＝∞[第5面(r5)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.199102×10-4，A6＝0.120020×10-4，A8＝-0.410454×10-6，A10＝0.617981×10-8[第6面(r6)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.633623×10-3，A6＝0.841957×10-5，A8＝-0.719036×10-6，A10＝0.414281×10-8[第10面(r10)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.387456×10-3，A6＝0.265755×10-5，
A8＝-0.858779×10-6，A10＝0.215789×10-9[第11面(r11)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.309607×10-3，A6＝0.973513×10-5，A8＝-0.183569×10-5，A10＝0.398642×10-7[第18面(r18)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.338236×10-3，A6＝-0.260827×10-4，A8＝0.334152×10-5，A10＝-0.688027×10-7[第19面(r19)的非球面數(shù)據(jù)]ε＝1，A4＝-0.183178×10-3，A6＝-0.185327×10-5，A8＝0.954236×10-6，A10＝0.000000×1000[表1]
另外，上述本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)能被使用在采用上述變焦透鏡來形成物像的圖像拾取裝置中，從而使得圖像拾取裝置或元件(例如CCD或銀鹽膠片)接收物體圖像從而進行圖像處理，特別是數(shù)碼相機或攝影機(作為信息處理裝置的個人電腦、電話和/或移動電話等)。
將在下文中參考圖18說明應(yīng)用于本發(fā)明的圖像拾取裝置。
圖18是用于解釋應(yīng)用于本發(fā)明的圖像拾取裝置的框圖。如圖18中所示，圖像拾取裝置大致包括攝像單元1，攝像DSP(數(shù)字信號處理器)2，SDRAM(同步動態(tài)隨機存儲器)3，介質(zhì)接口(下文中稱為介質(zhì)I/F)4，控制單元5，操作單元6，LCD(液晶顯示器)控制器7，LCD 8和外部接口(下文中稱為I/F)，其中可拆卸地安裝記錄介質(zhì)10。
當然可使用各種不同的記錄介質(zhì)作為記錄介質(zhì)10，例如使用半導體存儲器的存儲卡，光學記錄介質(zhì)例如可寫DVD(數(shù)字多用途光盤)或可寫CD(高密度盤)等等，或者磁盤等，下文將以例如存儲卡作為記錄介質(zhì)10為例進行說明。
此外，攝像單元1包括，如圖18所示，光學塊11，作為圖像拾取裝置的CCD(電荷耦合器件)12，預(yù)處理電路13，光學塊驅(qū)動器14，CCD驅(qū)動器15和計時發(fā)生電路16。這里，光學塊11包括透鏡、聚焦機構(gòu)、快門機構(gòu)以及光圈機構(gòu)等。
此外，控制單元5是一微型計算器，其結(jié)構(gòu)為CPU(中央處理單元)51、RAM(隨機存儲器)52、閃存(只讀存儲器)53和時鐘電路54通過系統(tǒng)總線55相連，并且可用于控制本實施例的圖像拾取裝置中各個組件。
這里，RAM 52主要用于例如臨時存儲處理的中間結(jié)果等的工作區(qū)域。此外，閃存53用于存儲CPU 51執(zhí)行的程序和/或處理所需的數(shù)據(jù)等等。此外，時鐘電路54能夠提供當前日期，當前天和當前時間，并且能夠提供攝像時的日期和時刻等。
此外，在攝像的時候，光學塊驅(qū)動器14根據(jù)控制單元5的控制形成操作光學塊11的驅(qū)動信號，由此將所形成的驅(qū)動信號傳遞到光學塊11，從而使得光學塊11可工作。在光學塊11中，根據(jù)來自光學塊驅(qū)動器14的驅(qū)動信號控制聚焦機構(gòu)、快門機構(gòu)和光圈機構(gòu)，由此拾取物體圖像，并且將所取得的圖像送入CCD 12中。
CCD 12用于對來自光學塊11的圖像進行光電轉(zhuǎn)換從而輸出所獲得的圖像，并且其根據(jù)來自CCD驅(qū)動器15的驅(qū)動信號工作，拾取來自光學塊11的物體圖像，并且基于由控制單元5控制的計時發(fā)生電路16所產(chǎn)生的計時信號將所獲取的物體圖像(圖像信息)轉(zhuǎn)換為電信號，然后將所獲得的電信號送入預(yù)處理電路13中。
在此例中，如上所述，計時發(fā)生電路16用于根據(jù)控制單元5的控制形成一計時信號而提供一預(yù)定計時。此外，CCD驅(qū)動器15用于基于來自計時發(fā)生電路16的計時信號形成一驅(qū)動信號并且將其送入CCD 12中。
預(yù)處理電路13對應(yīng)于被送入其中的電信號圖像信息進行CDS(相關(guān)復(fù)式采樣)處理，以便保持合適的信噪比，并且進行AGC(自動增益控制)處理，以便控制增益，從而進一步進行A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換來形成數(shù)字信號圖像數(shù)據(jù)。
來自預(yù)處理電路13的被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的圖像數(shù)據(jù)被送入DSP 2中。DSP 2對送入其中的圖像數(shù)據(jù)進行攝像信號處理，例如AF(自動對焦)，AE(自動曝光)和AWB(自動白平衡)等。由一預(yù)定壓縮系統(tǒng)對經(jīng)過上述各種調(diào)整的圖像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)壓縮。處理后的圖像數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線55送入裝在圖像拾取裝置內(nèi)的記錄介質(zhì)10以及介質(zhì)I/F 4中，并且以下文描述的方式文件記錄于記錄介質(zhì)10上。
此外，相應(yīng)于記錄在記錄介質(zhì)10中的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)通過由觸摸面板和/或控制鍵等組成的操作單元6接收到的用戶輸入的操作，通過介質(zhì)I/F 4從記錄介質(zhì)10中讀出目標圖像數(shù)據(jù)。按照這種方式讀出的圖像數(shù)據(jù)被送入DSP 2中。
相應(yīng)于從記錄介質(zhì)10讀出并且通過介質(zhì)I/F 4被傳遞的圖像數(shù)據(jù)，DSP 2進行對壓縮數(shù)據(jù)的解壓處理(展開處理)，從而通過系統(tǒng)總線55將解壓的圖像數(shù)據(jù)送入控制器7中。LCD控制器7根據(jù)送入其中的圖像數(shù)據(jù)形成傳遞到LCD 8的圖像數(shù)據(jù)，并將其送入LCD 8中。因而，在LCD 8的屏幕上顯示對應(yīng)于記錄在記錄介質(zhì)10上圖像數(shù)據(jù)的圖像。
在這種情況下，圖像顯示的形成是根據(jù)記錄在ROM中的顯示處理程序。即，此顯示處理程序是用于指示下文將描述的所記錄的文件系統(tǒng)以及如何重現(xiàn)圖像的程序指示機構(gòu)。
此外，在此實施例的圖像拾取裝置中，提供了一外部I/F 9。圖像拾取裝置可通過外部I/F 9連接到例如外部的個人計算機上，從而接收來自個人計算機中的圖像數(shù)據(jù)并將所傳送來的數(shù)據(jù)記錄在所裝載的記錄介質(zhì)中，或者在所裝載的記錄介質(zhì)中記錄的圖像數(shù)據(jù)可被送入外部個人計算機，等。
此外，通訊模塊可被連接到外部I/F 9上，從而將圖像拾取裝置連接到網(wǎng)絡(luò)，例如Internet等等，從而通過網(wǎng)絡(luò)獲取各種圖像數(shù)據(jù)和/或其他信息，并且將這些圖像數(shù)據(jù)或信息記錄在所裝載的記錄介質(zhì)中，或者在所裝載的記錄介質(zhì)中記錄的圖像數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)傳送到其他目的端側(cè)。
此外，同樣相對于通過外部計算機或網(wǎng)絡(luò)獲取并且記錄在記錄介質(zhì)中的例如圖像數(shù)據(jù)等等的信息，將如上所述讀出在本實施例的圖像拾取裝置中的圖像數(shù)據(jù)或信息并且重現(xiàn)它，從而在LCD 8上顯示該信息，這樣用戶能夠利用該信息。
需要注意的是外部I/F 9也可設(shè)置成例如IEEE(國際電子電學工程師協(xié)會)1394、USB(通用串行總線)等有線接口，并且可以設(shè)置成光波或電磁波的無線接口。即，該外部I/F 9可以是有線或無線接口。
如上所述，本實施例的圖像拾取裝置能夠給物體攝像，從而能將所形成的圖像記錄在裝載于圖像拾取裝置中的記錄介質(zhì)上，并且能夠讀出記錄在記錄介質(zhì)上的圖像數(shù)據(jù)從而重現(xiàn)并利用該圖像數(shù)據(jù)。此外，此圖像拾取裝置能夠通過外部個人計算機或網(wǎng)絡(luò)接收圖像數(shù)據(jù)并將其記錄在所裝載的記錄介質(zhì)上，或者讀出并重現(xiàn)該圖像數(shù)據(jù)。
需要注意的是，使用CCD作為圖像拾取裝置，然而也可使用CMOS傳感器(互補金屬氧化物半導體)。
需要注意的是，當根據(jù)參照附圖所展現(xiàn)并描繪的特定優(yōu)選實施例說明本發(fā)明時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于這些實施例，在不偏離本發(fā)明權(quán)力要求中闡述的范圍和精神的情況下，能采用各種修改、代替的結(jié)構(gòu)或等價物。
工業(yè)應(yīng)用性應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡不僅能被用于數(shù)碼相機或攝像機，也能夠用于替換CCD而設(shè)置銀鹽膠片的銀鹽相機中。此外，應(yīng)用于本發(fā)明的變焦透鏡能夠被用在包括于或者外部連接到個人計算機、電話和/移動電話等等的相機上。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，其自物側(cè)起順次至少包括包括用于彎曲或折疊光軸的一反射元件并且具有負折射力的一第一組，具有負折射力的一第二組，以及在進行放大倍數(shù)的改變或調(diào)整操作時被固定并用于調(diào)整光量的一光量調(diào)節(jié)元件。
2.如權(quán)利要求1中所述的變焦透鏡，其中，所述第一組在進行放大倍數(shù)的改變或調(diào)整操作時被固定。
3.如權(quán)利要求1中所述的變焦透鏡，其中，滿足下述條件式(1)0.1＜|f1/f2|＜1.2...(1)在上述公式中，f1為所述第一組的焦距，f2為所述第二組的焦距。
4.如權(quán)利要求1中所述的變焦透鏡，其中，滿足下述條件式(2)1.6＜D12w/fw＜5...(2)在上述公式中，D12w為從在廣角端狀態(tài)下最靠近自反射元件的物側(cè)的透鏡組的像側(cè)的平面到最靠近第二透鏡組的物側(cè)的平面的間距，fw為廣角端狀態(tài)下整個系統(tǒng)的焦距。
5.如權(quán)利要求1中所述的變焦透鏡，其中，所述反射元件為直角棱鏡，所述直角棱鏡的折射率為1.7或更大。
6.一種變焦透鏡，其自物側(cè)起順次地由包括一用于彎曲或者折疊光軸的反射元件并且具有負折射力的一第一組、具有負折射力的一第二組、具有正折射力的一第三組和具有正折射力的一第四組構(gòu)成，其中，用于調(diào)整光量的光量調(diào)節(jié)元件在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時被固定。
7.如權(quán)利要求6所述的變焦透鏡，其中，所述第一組在進行放大倍數(shù)的改變或調(diào)整操作時被固定，并且所述光量調(diào)節(jié)元件被固定在所述第三組和所述第四組之間。
8.如權(quán)利要求6所述的變焦透鏡，其中，滿足下述條件式(3)0.1＜|f1/f2|＜1.2...(3)在上述公式中，f1為所述第一組的焦距，f2為所述第二組的焦距。
9.如權(quán)利要求6中所述的變焦透鏡，其中，滿足下述條件式(4)1.6＜D12w/fw＜5...(4)在上述公式中，D12w為從在廣角端狀態(tài)下最靠近自反射元件的物側(cè)的透鏡組的像側(cè)的平面到最靠近第二透鏡組的物側(cè)的平面的間距，fw為廣角端狀態(tài)下整個系統(tǒng)的焦距。
10.如權(quán)利要求6中所述的變焦透鏡，其中，所述反射元件為直角棱鏡，所述直角棱鏡的折射率為1.7或更大。
11.如權(quán)利要求10中所述的變焦透鏡，其中，在所述第二組內(nèi)設(shè)置至少一個非球面。
12.一種圖像拾取裝置，其包括一變焦透鏡，該變焦透鏡自物側(cè)起順次至少包括包括用于彎曲或者折疊光軸的一反射元件并且具有負折射力的一第一組，具有負折射力的一第二組，以及在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時固定的并且用于調(diào)整光量的一光量調(diào)整元件；和將所述變焦透鏡形成的光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號的一圖像拾取裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像拾取裝置，其中，所述第一組在進行放大倍數(shù)的改變或調(diào)整操作時被固定。
14.一種圖像拾取裝置，其包括一變焦透鏡，該變焦透鏡自物側(cè)起順次地由包括用于彎曲或者折疊光軸的一反射元件并且具有負折射力的一第一組、具有負折射力的一第二組、具有正折射力的一第三組和具有正折射力的第四組構(gòu)成，其中用于調(diào)整光量的一光量調(diào)節(jié)元件在進行放大倍數(shù)改變或調(diào)整操作時被固定；和將所述變焦透鏡形成的光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號的一圖像拾取裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的圖像拾取裝置，其中，所述第一組在進行放大倍數(shù)的改變或調(diào)整操作時被固定，并且所述光量調(diào)節(jié)元件被固定在所述第三組和所述第四組之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)碼相機或攝影機的成像光學系統(tǒng)的變焦透鏡。該變焦透鏡由自物側(cè)起的包括彎曲光路的反射元件并且具有負折射力的第一組(GR1)、具有負折射力的第二組(GR2)、具有正折射力的第三組(GR3)以及具有正折射力的第四組(GR4)組成。變焦時，固定用于調(diào)節(jié)光量的光量調(diào)節(jié)元件(ST1)。
文檔編號G02B15/20GK1771452SQ20058000026
公開日2006年5月10日 申請日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者巖澤嘉人 申請人:索尼株式會社