专利名称：变焦镜头和图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦镜头和图像拾取设备的技术领域，更具体地涉及实现了放大率增长和广角化两者并且还实现了小径化的变焦镜头和图像拾取设备的技术领域。
背景技术：
近年来，供消费者使用的小型图像拾取设备，比如摄像机和数码相机也已很普遍地供家用。对于这种小型图像拾取 设备，需要高性能广角变焦镜头，其中，整个镜头系统的尺寸已减小，而放大率却增大了。通常，作为用于摄像机的变焦镜头，可使用内对焦型变焦镜头，其中，可移动除大多数布置在物体侧的第一透镜组之外的透镜组来进行对焦。已知，在这种内对焦型变焦镜头中，可很容易地减小整个镜头系统的尺寸，此外获得了适合于具有大量像素的图像拾取装置的成像性能。在内对焦型变焦镜头中，经常使用四组型内变焦镜头系统，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，而第二透镜组在光轴方向上移动主要执行变焦。另外，第四透镜组在光轴方向上移动通过变焦和对焦来校正焦点位置。例如，日本专利早期公开N0.2009-175648(以下称为专利文件I)公开了内对焦型变焦镜头。
发明内容
然而，专利文件I中公开的这种内对焦型变焦镜头存在一个问题，即与其它透镜组的透镜相比，第一透镜组的透镜的孔径很大。尤其是，如果尝试实现广角配置，则在广角端位置或从广角端向长焦端侧移动一点的变焦位置处，很难保证最外围部分视角处的光线量和性能。因此，第一透镜组的直径就得变大。另外，如果第一透镜组的直径变大，这会使整个图像拾取设备在直径方向上变大。因此，希望提供实现了放大率增长和广角化两者并且此外还实现了小径化的变焦镜头和图像拾取设备。根据本发明的实施例，提供了变焦镜头，其包括具有正屈光度且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光度且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光度的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至像侧按顺序排列，第一透镜组由三个透镜组成，分别为从物体侧至像侧按顺序排列的负透镜、正透镜和另一个正透镜，并满足以下条件表达式⑴和⑵:(1)7.0 < ft/fw < 13.0(2)4.2 < fl/fw < 6.0其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是第一透镜组的焦距。
因此，在变焦镜头中，优化了第一透镜组的屈光度，并抑制了光通量被遮挡在中间图像高度的发生。优选地，变焦镜头满足以下条件表达式(3):(3) -3.7 < fLl/fw < -2.5其中，fLl是第一透镜组的负透镜的焦距。因此，在变焦镜头中，由于其满足条件表达式(3)，因此展现了降低光通量的高度的作用，并优化了第一透镜组的负透镜的屈光度。优选地，第一透镜组的透镜至少一个面被形成为非球面。由于第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面，因此抑制了从中间位置至长焦端处的像差的发生。优选地，第四透镜组具有正屈光度。由于第四透镜组具有正屈光度，因此抑制了第一至第三透镜组中从广角端至长焦端处的像差发生。优选地，变焦镜头进一步包括第五透镜组，其具有正屈光度并布置在第四透镜组的像侧。由于屈光度为正的第五透镜组设置在第四透镜组的像侧，因此可抑制控制振动时出现的偏心像差以及广角端发生的像场弯曲。根据本发明的另一个实施例，提供了包括变焦镜头和图像拾取装置的图像拾取设备，图像拾取装置被配置为将变焦镜头形成的光学图像转换为电信号，变焦镜头包括具有正屈光度且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光度且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光度的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至像侧按顺序布置，第一透镜组由三个透镜组成，分别为从物体侧至像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，并满足以下条件表达式(I)和(2):(1)7.0 < ft/fw < 13.0(2)4.2 < fl/fw < 6.0其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是第一透镜组的焦距。因此，在图像拾取设备中，优化了第一透镜组的屈光度，并抑制了光通量被遮挡在中间图像高度的发生。优选地，图像拾取设备满足以下条件表达式(3):(3) -3.7 < fLl/fw < -2.5其中，fLl是第一透镜组的负透镜的焦距。因此，在图像拾取设备中，由于其满足条件表达式(3)，因此展现了降低光通量的高度的作用，并优化了第一透镜组的负透镜的屈光度。优选地，在中间变焦区域中的预定变焦区间内改变图像拾取装置的读取区域。通过在中间变焦区域中的预定变焦区间内改变图像拾取装置的读取区域，可抑制变焦过程中变焦速度的畸形变化。总之，根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备，实现了放大率和角度的增大，此外可实现直径的减小。
图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；图2是图示根据特定数值应用于变焦镜头的数值示例的图1中所示变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图3是图示图1中所示变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；图4是图示图1中所示变焦镜头在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；图5是示出根据本发明的第二实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；图6是图示根据特定数值应用于变焦镜头的数值示例的图5中所示变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图7是图示图5中所示变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；图8是图示图5中所示变焦镜头在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；图9是示出根据本发明的第三实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；图10是图示根据特定数值应用于变焦镜头的数值示例的图9中所示变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；图11是图示图9中所示变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；图12是图示图9中所示变焦镜头在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的类似视图；和图13是示出根据本发明实施例的图像拾取设备的示例的框图。
具体实施例方式在下文中，将描述根据本发明优选实施例的变焦镜头和图像拾取设备。在根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备中，可保证等效于35毫米视角的33毫米或更小的广视角，且可获得大约10倍以上的放大率。具体地，可保证，例如7至13倍的变焦倍率。[变焦镜头的配置]根据本发明实施例的变焦镜头包括具有正屈光度且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光度且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光度的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至像侧按顺序布置，第一透镜组由三个透镜组成，分别为负透镜、正透镜和另一个正透镜，这三个透镜从物体侧至像侧按顺序布置，并且变焦镜头满足以下条件表达式(I)和(2):(1)7.0 < ft/fw < 13.0
(2)4.2 < fl/fw < 6.0其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是第一透镜组的焦距。条件表达式(I)确定了整个镜头系统在广角端状态和长焦端状态下的焦距的比值。条件表达式(2)涉及第一透镜组的焦距。如果超过了条件表达式(2)的上限，则第一透镜组的屈光度会变得过低且第一透镜组在直径方向上的尺寸会变得极大。另外，会产生光通量很大程度被遮蔽而处在中间图像高度的不利影响。反之，如果超过条件表达式(2)的下限，则尽管有可能减小第一透镜组的直径，但是第一透镜组的屈光度会变得过高，且很难校正像差。因此，根据本发明实施例的变焦镜头可实现其直径的减小，同时可保证等效视角为35毫米的33毫米或更小的广角，且可预期大约10倍的放大率以及满足高密度的高分辨率。应注意，更优选地，根据本发明实施例的变焦镜头满足以下条件表达式(I)’和⑵，:(I) ’ 8.0 < ft/fw < 12.0(2) ’ 4.5 < fl/fw < 5.7其中，根据本发明实施例的变焦镜头满足条件表达式(I) ’和(2) ’，可进一步减小其直径并保证更宽的角度和更高的放大率。根据本发明实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(3):(3) -3.7 < fLl/fw < -2.5其中，fLl是第一透镜组的负透镜的焦距。条件表达式(3)限定了第一透镜组的负透镜的焦距与整个镜头系统在广角端时的焦距的比值。如果超过条件表达式(3)的下限，则降低光通量高度的作用会变得很弱，导致很难减小直径。反之，如果超过条件表达式(3)的上限，则第一透镜组的负透镜的屈光度会变得过高，导致很难校正像差。因此，在变焦镜头满足条件表达式(3)的情况下，有可能在整个变焦区域范围内降低光通量高度，从而实现小径化并实现良好的像差校正。在根据本发明实施例的变焦镜头中，第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面。在第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面的情况下，可有效校正从中间位置至长焦端的位置上的像差。在根据本发明实施例的变焦镜头中，优选地，第四透镜组具有正屈光度。在第四透镜组具有正屈光度的情况下，可有效地校正广角端至长焦端范围内出现在第一至第三透镜组中的各种像差，其中第一至第三透镜组的屈光度由条件表达式(I)和
(2)限定。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，优选地，具有正屈光度的第五透镜组布置在第四透镜组的像侧。在具有正屈光度的第五透镜组布置在第四透镜组的像侧的情况下，可有效校正控制振动时出现的偏心像差和在广角端出现的像场弯曲。[变焦镜头的数值的工作示例]在下文中，将参考附图和表格描述根据本发明实施例的变焦镜头的具体实施例以及具体数值应用于实施例的变焦镜头的几个数值示例。应注意，表格中使用的符号和以下描述具有以下含义等。"面号码"是从物体侧至像侧计数的第i个面的面号码；"Ri"为第i个面的近轴曲率半径；"Di"为第i个面与第i+1个面之间的轴上面距离，即透镜的中心厚度或空气距离(air distance) ； " Ni"为从第i个面开始的透镜等在d线(波长为587.6nm)处的屈光度；"vi"为从第i个面开始的透镜等在d线处的色散系数(Abbe number) 0"面号码"的"非球面"代表该面是非球面；"Ri"的"无限远"代表该面是平面；"Di"的"可变"代表轴上面距离是可变距离。
" K "为锥形常数，"A4"、" A6"、" AS"和"A10"分别为第四次、第六次、第八次和第十次非球面系数。" "为焦距；"Fn0."为光圈值(F number) ； " ω "为半视角。应注意，在下面给出的包括非球面系数的表格中，"Ε-η"代表基数10的指数计数法，即"10-η"，例如"0.12345Ε-05"代表"0.12345X10-5"。本实施例中使用的变焦镜头包括非球面透镜面。其中，"X"是在光轴方向上离透镜面顶点的距离或中垂度；"y"为高度，即在与光轴方向垂直的方向上的图像高度；"c"为透镜顶点的近轴曲率半径，即曲率半径的倒数；"K "为锥形常数；"A"、" B"、" C"、" D"和"E"分别为第四次、第六次、第八次、第十次和第十二次非球面系数，非球面形状是由以下表达式I限定的:
权利要求
1.一种变焦镜头，其包括: 第一透镜组，具有正屈光度且通常位于固定位置； 第二透镜组，具有负屈光度且在光轴方向上可移动以进行变焦； 第三透镜组，具有正屈光度；和 第四透镜组，在光轴方向上可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦； 所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组从物体侧至像侧按顺序布置； 所述第一透镜组由三个透镜构成 且满足以下条件表达式(I)和(2)，所述三个透镜包括从物体侧至像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜:(1)7.0 < ft/fw < 13.0(2)4.2 < fl/fw < 6.0 其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是所述整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是所述第一透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下条件表达式(3):(3)-3.7 < fLl/fw < -2.5 其中，fLl是所述第一透镜组的负透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组具有正屈光度。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，进一步包括: 第五透镜组，其具有正屈光度且布置在所述第四透镜组的像侧。
6.一种图像拾取设备，其包括: 变焦镜头；和 图像拾取装置，该图像拾取装置被配置为将由所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号; 所述变焦镜头包括: 第一透镜组，具有正屈光度且通常位于固定位置， 第二透镜组，具有负屈光度且在光轴方向上可移动以进行变焦， 第三透镜组，具有正屈光度，和 第四透镜组，在光轴方向上可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦； 所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组从所述物体侧至所述像侧按顺序布置； 所述第一透镜组由三个透镜构成且满足以下条件表达式(I)和(2)，所述三个透镜包括从所述物体侧至所述像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜:(1)7.0 < ft/fw < 13.0(2)4.2 < fl/fw < 6.0 其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是所述整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是所述第一透镜组的焦距。
7.根据权利要求6所述的图像拾取设备，其中，所述图像拾取设备满足以下条件表达式⑶:(3)-3.7 < fLl/fw < -2.5 其中，fLl是所述第一透镜组的负透镜的焦距。
8.根据权利要求6所述的图像拾取设备，其中，所述图像拾取装置的读取区域在中间变焦区域中的预定变焦区 间内改变。
全文摘要
本发明公开了变焦镜头和图像拾取设备。变焦镜头按从物体侧起的顺序包括具有正屈光度且位置固定的第一透镜组、具有负屈光度且在光轴方向上可移动以变焦的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组和在光轴方向上可移动的第四透镜组。第一透镜组包括三个透镜，包括从物体侧至像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，且第一透镜组满足(1)7.0＜ft/fw＜13.0和(2)4.2＜fl/fw＜6.0，其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在长焦端状态下的焦距，fl是第一透镜组的焦距。
文档编号G02B15/173GK103163632SQ20121052085
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月13日
发明者宫谷崇太, 大道裕之 申请人:索尼公司