专利名称：变焦镜头及成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及发明性的变焦镜头及成像设备。更具体地，本发明涉及一种适用于紧凑数码相机的具有大约4×或更大放大倍率的小尺寸稳定变焦镜头，以及一种使用该稳定变焦镜头的成像设备。
背景技术：
近年来，使用固态成像装置的成像设备(诸如数码相机)变得很普遍。随着这种数码相机的广泛使用，需要创建更高质量的图像。特别是在具有大量像素的数码相机中，需要这样的镜头具有符合包括大量像素的固态成像装置要求的优良成像性能的拍摄镜头，特别是薄变焦镜头。
另一方面，由于厚度减小的成像设备和具有大量像素的成像装置的不利影响，在拍摄图像的过程中容易出现图像模糊的问题。对具有图像稳定功能的高放大倍率变焦镜头的需求日益增加。
在JP-A-2000-131610(专利参考文献1)中描述的变焦镜头中，可以实现具有约10mm厚度、约3×光学放大倍率的数码相机，在该数码相机的光学系统中插入有使光程转向的棱镜，以减小入射光的轴向尺寸(即，减小厚度)。
此外，在JP-A-2005-181635(专利参考文献2)中描述的变焦镜头中，第二透镜组(其是可变放大倍率组)由四个透镜构成，以实现高可变放大倍率。
发明内容
然而，专利参考文献1中描述的变焦镜头具有约为3×放大倍率的变焦比，但不具有稳定构造，这不能满足对具有约4×以上放大倍率的具有稳定功能的稳定变焦镜头的需要。
此外，在专利参考文献2中描述的变焦镜头中，实现了厚度的减小以及高可变放大倍率，但它不是稳定变焦镜头，还存在着没有充分减小全部长度的问题。
期望提供一种能够在保持减小的厚度以及提供图像稳定功能的同时实现高可变放大倍率和减小全部长度的变焦镜头，以及使用该变焦镜头的成像设备。
根据本发明实施例的变焦镜头是由多个透镜组构成以通过改变透镜组之间的距离来改变放大倍率的变焦镜头，该变焦镜头包括最后透镜组，位于最接近图像侧的位置，包括具有负折射力的负部件组、和邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，通过沿垂直于光轴的方向移动正部件组来移动图像，并满足条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)
其中，fgn是最后透镜组中的负部件组的焦距，Ngn是最后透镜组中的负部件组的平均折射率，fT是远摄端处整个系统的焦距，vgn是最后透镜组中的负部件组的合成阿贝数(composite Abbenumber)，以及vgis是最后透镜组中的正部件组的合成阿贝数。
此外，根据本发明实施例的成像设备是包括变焦镜头、以及用于将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像装置的成像设备，该成像设备包括相机抖动检测装置，可操作用于检测成像设备的运动；相机抖动控制装置，可操作用于计算补偿由相机抖动检测装置检测到的成像设备的运动引起的图像波动的运动补偿角，并可操作用于发送驱动信号以将变焦镜头中的移动透镜组置于基于运动补偿角的位置处；以及驱动部，可操作用于基于驱动信号沿垂直于光轴的方向移动移动透镜组，其中，变焦镜头由多个透镜组构成，以通过改变透镜组之间的距离来改变放大倍率，位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组以及邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，通过沿垂直于光轴的方向移动正部件组来移动图像，满足条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及变焦镜头的最后透镜组中的正部件组是移动透镜组。
根据本发明的实施例，可以实现厚度的减小和高可变放大倍率，同时可以提供图像稳定功能。
图1示出了描述根据本发明第一实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图；
图2连同图3～图6一起示出了描述数字实例1的各种像差的示意图，其中，具体的数值适用于根据本发明第一实施例的变焦镜头，图2示出了短焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)；图3示出了描述中间焦距处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；图4示出了描述长焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；图5从上面开始示出了描述当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心(axial center)处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差的示意图；图6从上面开始示出了描述当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，长焦距端处的横向像差的示意图；图7示出了描述根据本发明第二实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图；图8连同图9～图12一起示出了描述数字实例2的各种像差的示意图，其中，具体的数值适用于根据本发明第二实施例的变焦镜头，图8示出了短焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)；
图9示出了描述中间焦距处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；图10示出了描述长焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；图11从上面开始示出了描述当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差的示意图；图12从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，长焦距端处的横向像差；图13示出了描述根据本发明第三实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图；图14连同图15～图18一起示出了描述数字实例3的各种像差的示意图，其中，具体的数值适用于根据本发明第三实施例的变焦镜头，图14示出了短焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)；图15示出了描述中间焦距处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；图16示出了描述长焦距端处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)的示意图；
图17从上面开始示出了描述当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差的示意图；图18从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，长焦距端处的横向像差；以及图19示出了描述根据本发明实施例的示例性成像设备的框图。
具体实施例方式
下文中，将参照附图和表格来描述用于实现根据本发明实施例的变焦镜头和成像设备的最佳模式。
首先，将描述变焦镜头。
根据本发明实施例的变焦镜头由多个透镜组构成，该变焦镜头是通过改变透镜组之间的距离来改变放大倍率的变焦镜头。位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组、和邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，最后透镜组可以通过沿垂直于光轴的方向移动正部件组来移动图像。此外，其满足下列条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)其中，fgn是最后透镜组中的负部件组的焦距；
Ngn是最后透镜组中的负部件组的平均折射率；fT是远摄端处整个系统的焦距；vgn是最后透镜组中的负部件组的合成阿贝数；以及vgis是最后透镜组中的正部件组的合成阿贝数。
通过上述构造，根据本发明实施例的变焦镜头可以实现高放大倍率以及尺寸的减小，并可以提供相机稳定功能。此外，在最后透镜组中依次设置负部件组和正部件组，以使成像装置中具有平缓的入射角，这最适合于具有使用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换元件的成像装置的成像设备。
通过下式来表示每个透镜组的Petzval和PP＝f/N其中，f是透镜的焦距，N是透镜的折射率。
从上述的讨论可知，当确定了最后透镜组中的负部件组的Petzval和Pn时，就可以得到Pn＝fgn/Ngn。得到下式，其中，Pntele是在远摄端处的焦距中标准化了的Pn＝fgn/Ngn，Pntele＝fgn/(Ngn·fT)换言之，式(1)是用于在远摄端处的焦距中对最后透镜组中的负部件组的Petzval和进行标准化的式子。
当要为所有镜头提供高放大倍率并要减小全部长度时，整个系统的Petzval和趋向于为正，且需要使负部件组具有较大的Petzval和，以补偿整个系统中的趋势。
更具体地，当fag/(Ngn·fT)的值超过-0.05时，很难补偿整个系统中的Petzval和，从而使得难以实现提供高可变放大倍率和减小整个镜头系统的尺寸。此外，与此相反，当fag/(Ngn·fT)的值小于-0.30时，Petzval和为过补偿的，这不利于补偿像差。特别地，当专门用于提供高放大倍率和减小尺寸时，使用接近于-0.2＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.1的值是最有效的。在这种情况下，提供高放大倍率和高成像性能、以及减小尺寸的要求都可以满足。
式(2)限定了最后透镜组中的负部件组和邻近图像侧设置的正部件组之间的合成阿贝数的差。更具体地，由于在保持相机稳定的过程中放大倍率色像差的波动太大，所以vgn-vgis的值低于30是不可取的。
此外，在光轴附近的轴上给出如下合成阿贝数vd。例如，在正和负粘合透镜的情况中，通过下式给出vdvd＝1/f·((f1·f2·v1·v2)/(f1·v1+f2·v2))其中，f1是透镜的正焦距，f2是透镜的负焦距，v1是正透镜的阿贝数，v2是负透镜的阿贝数，以及f是粘合透镜的焦距。
期望根据本发明实施例的变焦镜头由负弯月单透镜构成，其中，最后透镜组中的负部件组包括具有负折射力的朝向物体侧的凸面，其满足下面的条件式(3)Ngn＞1.80(3)
假设构成负部件组的透镜是凹面朝向物体侧的弯月透镜，则出现在凹面中的球面像差较大，且难以补偿整个系统中的像差。
式(3)限定了最后透镜组中的负部件组的折射率。更具体地，当Ngn低于1.80时，负部件组的折射力变强以补偿整个透镜系统的Petzval和。因此，不保持补偿球面像差的平衡会引起成像性能的降低或透镜尺寸的增加。
期望根据本发明实施例的变焦镜头由单透镜或单粘合透镜(其中，最后透镜组中的正部件组具有正折射力)构成，其满足下面的条件式(4)，其中，fgis是最后透镜组中的正部件组的焦距0.3＜fgis/fT＜1.2(4)由于稳定组由多个透镜构成，因此在保持相机稳定的过程中，会向驱动机构施加很大的负载，因此期望正部件组由单透镜或单粘合透镜构成。
此外，当可变放大率为5倍或更大时，在保持相机稳定的过程中放大倍率色像差的波动很容易变大。更希望具有正折射力的正部件组由具有正折射力的双凸透镜、和负弯月透镜的粘合透镜(其中，具有负折射力的凹面朝向物体侧)构成。
此外，当正部件组由塑料透镜构成时，由于塑料透镜可以减小重量因此可以有助于节省电力，同时塑料透镜还比玻璃透镜廉价。
式(4)限定了正部件组的焦距和远摄端处的整个透镜系统的焦距之间的比。更具体地，当fgis/fT低于0.3时，作为稳定组的正部件组的运动补偿系数变小，所以保持相机稳定(补偿图像波动)所需的移动量不利于减小尺寸。另一方面，当fgis/fT的值超过1.2时，作为稳定组的正部件组的正放大倍率变得太强，所以在保持相机稳定的过程中的像面(field)波动量也不利的变得非常大。
优选地，根据本发明实施例的变焦镜头是其中心在制造最后透镜组中的负部件组的过程中被校准的镜头。负部件组适用于补偿每个象限中的像面差(局部模糊)，这是因为当其沿着垂直于光轴的方向移动时，产生了大的像面波动而没有产生彗型像差。因此，可以制造具有稳定成像性能的稳定变焦镜头。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，期望在改变放大倍率时最后透镜组是固定的。由于最后透镜组具有可沿垂直于光轴的方向运动的稳定组(正部件组)、以及可沿垂直于光轴的方向运动的中心校准的透镜组(负部件组)，所以最后透镜组不适于沿光轴方向运动。即使将最后透镜组构造为可移动的，其驱动装置的尺寸也会增加。
期望根据本发明实施例的变焦镜头由从物体侧开始依次设置的以下部分构成第一透镜组，在放大倍率改变时，具有固定的正折射力；第二透镜组，具有负折射力，并在光轴上运动以执行放大倍率改变的操作；第三透镜组，当放大倍率改变时，具有固定的正折射力；第四透镜组，具有正折射力，并在光轴上运动，以将像面位置保持在恒定位置，其中，像面位置的波动由移动第二透镜组和被摄物体的位置而引起；以及第五透镜组，其作为最后透镜组且具有正或负折射力，其中，第一透镜组由从物体侧开始依次设置的具有负折射力的单透镜、使光程转向的反射元件、以及具有正折射力的透镜构成。通过该构造，可以制造能够实现提供高放大倍率和减小尺寸的稳定变焦镜头。此外，对于反射元件，期望使用具有较高折射率的棱镜。折射率越高，越有利于减小尺寸和提供高放大倍率。
期望根据本发明实施例的变焦镜头满足下面的条件式(5)，其中，T是最后透镜组中的负部件组和正部件组之间的空间间距(airinterval)，fW是广角端处的整个镜头系统的焦距0.1＜T/fW＜1.0(5)式(5)限定了最后透镜组中的负部件组与正部件组之间的空间间距和广角端处的整个镜头系统的焦距之间的比。更具体地，当T/fW的值低于0.1时，负部件组和正部件组在保持相机稳定的过程中相互干扰，这在该构造中是不利的。另一方面，当T/fW的值超过1.0时，运动补偿系数太小，于是在保持相机稳定的过程中难以保证足够的补偿量，或增加稳定组(正部件组)的尺寸，这会造成难以减小尺寸。此外，最好满足0.2＜T/fW＜0.7。在这种情况中，运动补偿系数、保持相机稳定所需的运动量、以及保持相机稳定过程中的成像性能全都可以得到满足。
接下来，将参照附图和表格来描述根据本发明实施例的一些形式的变焦镜头以及数字实例，其中，具体的数值适用于实施例。
此外，在实施例中，采用了非球面。非球面的形状由下面的式1来限定，其中，x是从透镜表面上的顶点开始的沿光轴方向的距离，y是沿垂直于光轴的方向的高度，c是透镜顶点附近的近轴曲率，K是二次曲线常数，以及Ai是第i阶的非球面系数。
式1x=y2·c21+1-(1+K)·y2·c2+ΣAi·yi]]>图1示出了描述根据本发明实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图。变焦镜头1被配置为从物体侧开始依次设置有具有正折射力的第一透镜组GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3、具有正折射力的第四透镜组GR4、以及具有负折射力的第五透镜组GR5。在将镜头位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，第一透镜组GR1、第三透镜组GR3、和第五透镜组GR5在光轴方向中是固定的，而第二透镜组GR2和第四透镜组GR4按照图1中的虚线箭头的指示沿着光轴运动。此外，在近距离聚焦的过程中，第四透镜组GR4沿着光轴方向运动。
第一透镜组GR1由从物体侧开始依次设置的负透镜L11、使光轴转向90°的直角棱镜L12、以及两侧都具有非球面的正透镜L13构成。
第二透镜组GR2由从物体侧开始依次设置的负透镜L21、由负透镜和正透镜构成的粘合透镜L22、以及负透镜L23构成。第三透镜组GR3由在两侧都具有非球面的正透镜L3构成。第四透镜组GR4由由从物体侧开始依次设置的正透镜和负透镜构成的粘合透镜L4构成，其中，L4在物体侧具有非球面。第五透镜组GR5由从物体侧开始依次设置的凸面朝向物体侧的负弯月透镜L51、和双凸形状的正透镜L52构成。沿与光轴方向正交的方向移动第五透镜组(最后透镜组)中的正部件组L52，以补偿由诸如手振动相机的运动引起的图像波动。此外，孔径光阑S位于第三透镜组GR3的像面侧附近，当放大倍率改变时，其在光轴方向上是固定的。
表1示出了数字实例1的透镜数据，这些数值适用于第一实施例。在示出了数字实例1和稍后描述的数字实例的透镜数据的表中，“i”表示从物体侧开始的第i个光学面，“ri”表示从物体侧开始的第i个表面的近轴曲率半径，“di”表示从物体侧开始的第i个光学面和第i+1个光学面之间的轴向间距，“ni”表示物体侧的具有第i个光学面的玻璃透镜材料的d线(λ＝587.6nm)的折射率，“vi”表示物体侧的具有第i个光学面的玻璃透镜材料的d线的阿贝数。对于“ri”，“INF”表示有关的光学面是平面，且对于“di”，“可变”表示有关的轴向间距是可变间距。
此外，f表示焦距，FNO表示F数，以及ω表示半视角。
表1
在将透镜位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，以下各项发生了改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向间距d6、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的轴向间距d13、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向间距d15、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向间距d18。表2示出了数字实例1中的每个可变间距的短焦距端(f＝1.000)、中间焦距(f＝2.145)、和长焦距端(f＝4.600)的值。
表2
第五表面(R5)、第六表面(R6)、第十四表面(R14)、第十五表面(R15)、和第十六表面(R16)由非球面构成。表3示出了数字实例1中的阶数为4、6、8、和10的非球面的非球面系数，以及二次曲线常数K。
其中，在表3和下面示出的非球面系数表中，“E-i”表示使用底为10的指数计数法，即“10-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
表3
图2～图6示出了数字实例1中的无限远聚焦状态的像差示意图。图2示出了短焦距端(f＝1.000)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，图3示出了中间焦距(f＝2.145)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，以及图4示出了长焦距端(f＝4.600)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)。此外，在图2～图4中，在球面像差中，纵轴是与全F值的比，散焦位于横轴上，其示出了在d线处的球面像差。在像散中，纵轴是图像高度，横轴是焦点，实线是径向，而虚线是子午像面(meridional field)。在畸变中，纵轴是图像高度，横轴以％来表示。
此外，图5从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差。图6从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，上述长焦距端处的横向像差。
图7示出了描述根据本发明第二实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图。变焦镜头2被构造为从物体侧开始依次设置有具有正折射力的第一透镜组GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3、具有正折射力的第四透镜组GR4、以及具有负折射力的第五透镜组GR5。在将镜头位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，第一透镜组GR1、第三透镜组GR3、和第五透镜组GR5在光轴方向上是固定的，且第二透镜组GR2和第四透镜组GR4按照图7中的虚线箭头所示沿光轴运动。此外，在近距离聚焦的过程中，第四透镜组GR4沿光轴的方向运动。
第一透镜组GR1由从物体侧开始依次设置的负透镜L11、使光轴转向90°的直角棱镜L12、在两侧都具有非球面的正透镜L13、以及正透镜L14构成。第二透镜组GR2由从物体侧开始依次设置的负透镜L21、由负透镜和正透镜构成的粘合透镜L22、以及负透镜L23构成。第三透镜组GR3由在两侧都具有非球面的正透镜L3构成。第四透镜组GR4由由从物体侧开始依次设置的正透镜和负透镜构成的粘合透镜L4构成，其中，L4在物体侧具有非球面。第五透镜组GR5由从物体侧开始依次设置的凸面朝向物体侧的负弯月透镜L51、和由正透镜和负透镜构成的粘合正透镜L52构成。第五透镜组(最后透镜组)中的正部件组L52沿与光轴方向正交的方向移动，以补偿由诸如手振动相机的运动引起的图像波动。此外，孔径光阑S位于第三透镜组GR3的像面侧附近，当放大倍率改变时，其在光轴方向上是固定的。
表4示出了数字实例2的透镜数据，这些具体数值适用于第二实施例。
表4
在将透镜位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，以下各项发生了改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向间距d8、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的轴向间距d15、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向间距d17、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向间距d20。表5示出了数字实例2中的每个可变间距的短焦距端(f＝1.00)、中间焦距(f＝2.37)、和长焦距端(f＝5.60)的值。
表5
第七表面(R7)、第八表面(R8)、第十六表面(R16)、第十七表面(R17)、和第十八表面(R18)由非球面构成。表6示出了数字实例2中的阶数为4、6、8、和10的非球面的非球面系数，以及二次曲线常数K。
表6
图8～图12示出了数字实例2中的无限远聚焦状态的像差示意图。图8示出了短焦距端(f＝1.00)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，图9示出了中间焦距(f＝2.37)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，以及图10示出了长焦距端(f＝5.60)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)。此外，在图8～图10中，在球面像差中，纵轴是与全F值的比，散焦位于横轴上，其示出了d线处的球面像差。在像散中，纵轴是图像高度，横轴是焦点，实线是径向，而虚线是子午像面。在畸变中，纵轴是图像高度，而横轴以％来表示。
此外，图11从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差。图12从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，长焦距端处的横向像差。
图13示出了描述根据本发明第三实施例的变焦镜头的镜头构造的示意图。变焦镜头3被构造为从物体侧开始依次设置有具有正折射力的第一透镜组GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3、具有正折射力的第四透镜组GR4、以及具有负折射力的第五透镜组GR5。在将镜头位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，第一透镜组GR1、第三透镜组GR3、和第五透镜组GR5在光轴方向上是固定的，且第二透镜组GR2和第四透镜组GR4按照图13中的虚线箭头所示沿光轴运动。此外，在近距离聚焦的过程中，第四透镜组GR4沿光轴的方向运动。
第一透镜组GR1由从物体侧开始依次设置的负透镜L11、使光轴转向90°的直角棱镜L12、和两侧都具有非球面的正透镜L13构成。第二透镜组GR2由从物体侧开始依次设置的负透镜L21、由负透镜和正透镜构成的粘合透镜L22构成。第三透镜组GR3由在两侧都具有非球面的正透镜L3构成。第四透镜组GR4由由从物体侧开始依次设置的正透镜和负透镜构成的粘合透镜L4构成，其中，L4在物体侧具有非球面。第五透镜组GR5由从物体侧开始依次设置的凸面朝向物体侧的负弯月透镜L51、和由正透镜和负透镜构成的粘合正透镜L52构成。第五透镜组(最后透镜组)中的正部件组L52沿与光轴方向正交的方向移动，以补偿由诸如手振动相机的运动引起的图像波动。此外，孔径光阑S位于第三透镜组GR3的像面侧附近，当放大倍率改变时，其在光轴方向上是固定的。
表7示出了数字实例3的透镜数据，这些具体数值适用于第三实施例。
表7
在将透镜位置从短焦距端改变到长焦距端的过程中，以下各项发生了改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向间距d6、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的轴向间距d11、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向间距d13、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向间距d16。表8示出了数字实例3中的每个可变间距的短焦距端(f＝1.00)、中间焦距(f＝1.92)、和长焦距端(f＝3.70)的值。
表8
第五表面(R5)、第六表面(R6)、第十二表面(R12)、第十三表面(R13)、和第十四表面(R14)由非球面构成。
表9示出了数字实例3中的阶数为4、6、8、和10的非球面的非球面系数，以及二次曲线常数K。
表9
图14～图18示出了数字实例3中的无限远聚焦状态的像差示意图。图14示出了短焦距端(f＝1.00)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，图15示出了中间焦距(f＝1.92)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)，以及图16示出了长焦距端(f＝3.70)处的纵向像差(球面像差、像散、以及畸变)。此外，在图14～图16中，在球面像差中，纵轴是与全F值的比，散焦位于横轴上，其示出了d线处的球面像差。在像散中，纵轴是图像高度，横轴是焦点，实线是径向，而虚线是子午像面。在畸变中，纵轴是图像高度，而横轴以％来表示。
此外，图17从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，短焦距端处的横向像差。图18从上面开始示出了当以0.3°的角度以70％图像高度补偿图像波动时、当以0.3°的角度在轴心处补偿图像波动时、以及当以0.3°的角度以-70％图像高度补偿图像波动时，长焦距端处的横向像差。
表10示出了确定数字实例1～3中所示的变焦镜头1～3的条件式(1)～(5)的条件的数值和对应于各条件式的值。
表10
从表10也可以清楚地看出，数字实例1～3的变焦镜头1～3满足条件式(1)～(5)。此外，如像差示意图中所示，在保持相机稳定的同时，在短焦距端处、短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处、和长焦距端处均衡地对每个像差进行了补偿。
接下来，将描述根据本发明实施例的成像设备。
根据本发明实施例的成像设备是包括变焦镜头、和将由变焦镜头形成的光学图像变换为电信号的成像装置的成像设备，该成像设备包括相机抖动检测模块，可操作用于检测成像设备的运动；相机抖动控制模块，可操作用于计算用于补偿由相机抖动检测模块检测到的成像设备的运动引起的图像波动的运动补偿角，并可操作用于发送驱动信号以将变焦镜头中的移动透镜组置于基于运动补偿角的位置处；以及驱动部，可操作用于基于驱动信号沿着垂直于光轴的方向移动移动透镜组，其中，变焦镜头由多个透镜组构成，以通过改变透镜组之间距离来改变放大倍率，并且位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组、以及邻近于图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，沿垂直于光轴的方向移动正部件组来移动图像，满足条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)变焦镜头的最后透镜组中的正部件组是移动透镜组。通过上述的结构，根据本发明实施例的成像设备被构造为以小尺寸、高放大倍率来拍摄画面并具有图像稳定功能。
接下来，将参照图19所示的框图来描述根据本发明实施例的成像设备的具体形式。
成像设备10包括变焦镜头20和将由变焦镜头20摄取的光学图像变换为电信号的成像装置30。此外，对于成像装置30，例如，可以采用使用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换元件的成像装置。对于变焦镜头20，可以采用根据本发明实施例的变焦镜头。在图19中，通过单透镜(通过单透镜描述第五透镜组GR5中的每个组)简化示出了除根据图1所示的第一实施例的变焦镜头1的第一透镜组GR1以外的透镜组。当然，不仅可以使用根据第一实施例的变焦镜头1，而且还可以使用以除了根据第二实施例和第三实施例以及本说明书中的实施例以外的形式构成的根据本发明实施例的变焦镜头。
在由成像装置30生成的电信号中，聚焦控制信号被图像分离电路40发送至控制电路50，同时图像信号被发送至图像处理电路。发送至图像处理电路的信号被以适于通过显示装置进行显示、在记录介质中进行记录、由通信模块进行传送等后续处理方式的形式进行处理。
例如，将诸如变焦按钮的操作的操作信号从外部输入至控制电路50，以响应于该操作信号来执行各种处理。例如，当通过变焦按钮输入变焦指令时，通过驱动器电路60和70来操作驱动部61和71，以基于该指令将状态变换为聚焦状态，且透镜组GR2和GR4中的每一个都在预定的位置处移动。将由传感器62和72获得的透镜组GR2和GR4中的每一个的位置信息输入至控制电路50，当将指令信号输出至驱动器电路60和70时，参考该信息。此外，控制电路50基于从图像分离电路40发送的信号来检查聚焦状态，并通过驱动器电路70来操作驱动部71，以控制第四透镜组GR4的位置，从而获得最佳聚焦状态。
成像设备10具有图像稳定功能。例如，当相机抖动检测模块80(诸如，陀螺仪传感器)检测到由按下快门释放按钮引起的成像设备的运动时，来自相机抖动检测模块80的信号被输入至控制电路50，以在控制电路50中计算用于补偿由运动引起的图像波动的运动补偿角。为了将第五透镜组GR5的正部件组L52(移动透镜组)置于基于计算出来的运动补偿角的位置，通过驱动器电路90来操作驱动部91来沿垂直于光轴的方向运动(移动)正部件组L52。传感器92检测正部件组L52的位置，由传感器92获得的正部件组L52的位置信息被输入至控制电路50，当将指令信号发送至驱动器电路90时，参考该信息。
上述的成像设备10可以采用各种形式作为具体产品。例如，其可以被广泛地应用为数字输入/输出装置(诸如，数码相机、数码摄像机、集成有相机的移动电话、集成有相机的PDA(个人数字助理))的相机部。
此外，实施例和数字实例中所示的每个部件的具体形式和数值，仅示出了本发明实施例中的实例，因此不应该将本发明的技术范围理解为限于此。
本领域技术人员应了解，在权利要求及其等效的范围内，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和改变。
权利要求
1.一种变焦镜头，包括多个透镜组，通过改变所述透镜组之间的距离来改变放大倍率，其中，位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组和邻近于所述图像侧设置并具有正折射力的正部件组，所述正部件组沿垂直于光轴的方向移动来移动图像，以及满足条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05 (1)vgn-vgis＞30 (2)其中，fgn是所述最后透镜组中的所述负部件组的焦距；Ngn是所述最后透镜组中的所述负部件组的平均折射率；fT是远摄端处整个系统的焦距；vgn是所述最后透镜组中的所述负部件组的合成阿贝数；以及vgis是所述最后透镜组中的所述正部件组的合成阿贝数。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述最后透镜组中的所述负部件组由负弯月单透镜构成，在所述负弯月单透镜中，具有负折射力的凸面朝向物体侧，其满足下面的条件式(3)Ngn＞1.80(3)。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述最后透镜组中的所述正部件组由具有正折射力的单透镜或单粘合透镜构成，其满足下面的条件式(4)，0.3＜fgis/fT＜1.2(4)其中，fgis是所述最后透镜组中的所述正部件组的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述最后透镜组中的所述负部件组是其中心在制造过程中被校准了的中心校准透镜。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，在改变放大倍率时，所述最后透镜组是固定的。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，包括第一透镜组，在改变放大倍率时，具有固定的正折射力；第二透镜组，具有负折射力，并通过在光轴上运动来执行放大倍率改变的操作；第三透镜组，当改变放大倍率时，具有固定的正折射力；第四透镜组，具有正折射力并通过在光轴上运动来将像面位置保持在恒定位置，其中，所述第二透镜组和被摄体位置的运动会引起所述像面位置的波动；以及第五透镜组，作为所述最后透镜组具有正或负折射力，这些组从物体侧开始依次设置，其中，所述第一透镜组由从物体侧开始依次设置的具有负折射力的单透镜、使光程转向的反射元件、和具有正折射力的透镜构成。
7.一种成像设备，包括变焦镜头；以及成像装置，用于将由所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；相机抖动检测装置，可操作用于检测所述成像设备的运动；相机抖动控制装置，可操作用于计算用于补偿由所述相机抖动检测装置检测到的所述成像设备的运动引起的图像波动的运动补偿角，并可操作用于发送驱动信号以将所述变焦镜头中的移动透镜组置于基于所述运动补偿角的位置处；以及驱动部，可操作用于基于所述驱动信号沿垂直于光轴的方向移动所述移动透镜组，其中，所述变焦镜头由多个透镜组构成，以通过改变所述透镜组之间的距离来改变放大倍率，以及位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组和邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，所述正部件组通过沿垂直于光轴的方向移动来移动图像，满足条件式(1)和(2)-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及所述变焦镜头的所述最后透镜组中的所述正部件组是移动透镜组。
8.一种成像设备，包括变焦镜头；以及成像装置，用于将由所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；相机抖动检测模块，可操作用于检测所述成像设备的运动；相机抖动控制模块，可操作用于计算用于补偿由所述相机抖动检测模块检测到的所述成像设备的运动引起的图像波动的运动补偿角，并可操作用于发送驱动信号以将所述变焦镜头中的移动透镜组置于基于所述运动补偿角的位置处；以及驱动部，可操作用于基于所述驱动信号沿垂直于光轴的方向移动所述移动透镜组，其中，所述变焦镜头由多个透镜组构成，以通过改变所述透镜组之间的距离来改变放大倍率，以及位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组以及邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，所述正部件组通过沿垂直于光轴的方向移动来移动图像，满足条件式(1)和(2)，-0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜-0.05(1)vgn-vgis＞30 (2)，以及所述变焦镜头的所述最后透镜组中的所述正部件组是移动透镜组。
全文摘要
一种变焦镜头包括多个透镜组，并通过改变透镜组之间的距离来改变放大倍率，其中，位于最接近图像侧位置的最后透镜组包括具有负折射力的负部件组、和邻近图像侧设置并具有正折射力的正部件组，其中，正部件组通过在垂直于光轴的方向上移动来移动图像，满足条件式(1)和(2)－0.30＜fgn/(Ngn·fT)＜－0.05 (1)；vgn－vgis＞30 (2)。其中，fgn是负部件组的焦距，Ngn是负部件组的平均折射率，fT是远摄端处整个系统的焦距，vgn是负部件组的合成阿贝数，以及vgis是正部件组的合成阿贝数。
文档编号G02B9/60GK101071196SQ20071009748
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者黑田大介 申请人:索尼株式会社