专利名称：变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置，特别涉及弯折 光学系统光轴后的变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置。
背景技术：
近年来，作为代替银盐35mm胶片(135格式)照相机的下一代照 相机，数字照相机(电子照相机)受到关注。并且，它在从专业用高性 能型到便携式的普及型的宽广范围内具有多种类别。
在后述的本发明中，特别关注便携式的普及型的类别，着眼于提 供如下技术在确保高画质的同时，实现厚度薄、使用方便、覆盖从 广角端到望远端的宽广焦距区域的高变倍且低价的摄像机、数字照相 机。
使照相机的厚度方向变薄的最大瓶颈是光学系统、特别是变焦镜头 系统的从最靠物体侧的面到摄像面的厚度。最近的照相机机身薄型化技 术的主流是，采用在摄影时使光学系统从照相机机身内突出、在携带时 使其收纳在照相机机身内的所谓伸縮式镜筒。
但是，在采用伸縮式镜筒时，从镜头收纳状态恢复为使用状态需要 花费时间，从使用的方便性来看是不理想的。并且，在最靠物体侧的透 镜组为可动时，从防水、防尘方面来看是不理想的。最近，为了实现不 需要伸縮式镜筒中出现的使照相机恢复为使用状态的时间(镜头的推出 时间)、防水、防尘方面也理想、并且厚度方向极薄的照相机，出现了 成为利用反射镜、棱镜等反射光学部件弯折光学系统的光路(光轴)的
结构的照相机。该照相机将最靠物体侧的透镜组作为位置固定透镜组， 在其中设置该反射光学部件，后面的光路向照相机机身的纵向或横向弯 折，使厚度方向的尺寸极薄。
而且，在当前本发明所关注的便携式的类别的摄像机、数字照相机
中，广角端的半视角为30。左右的照相机成为主流，但是，也期待扩大 摄影区域的广角照相机。
作为具有采用弯折光学系统的变焦镜头的广角照相机的例子，提出 了专利文献1的照相机。但是，虽然专利文献1的照相机的半视角大到 37°左右，但是变倍比为2.8倍左右。并且，虽然专利文献2的照相机 的半视角为37。左右，且变倍比为3.7倍左右，但是全长很长。
日本特开2004-354871号公报 [专利文献2]
日本特开2004-354869号公报
发明内容
本发明是鉴于现有技术的这些问题而完成的，其目的在于，为了实 现不需要伸缩式镜筒中出现的使照相机恢复为使用状态的时间(镜头的 推出时间)，防水、防尘方面也理想、并且厚度方向极薄的照相机，提 供一种易于取得利用棱镜等反射光学部件弯折光学系统的光路(光轴) 的结构、且具有在广角的变倍比为5倍左右的高光学性能的、厚度方向
极薄的低价的变焦镜头。
为了实现上述目的，本发明的变焦镜头从物体侧依次由以下各部 分构成具有正屈光力的第l透镜组、具有负屈光力的第2透镜组、具 有正屈光力的第3透镜组、具有正屈光力的第4透镜组、具有负屈光力 的第5透镜组、以及具有正屈光力的第6透镜组，其特征在于，在从广 角端向望远端变倍时，所述第1透镜组相对于像面大致固定，至少所述 第2透镜组和所述第4透镜组移动，所述第1透镜组从物体侧依次包 含负透镜、用于弯折光路的反射光学元件和正透镜，并满足以下条件
式
<formula>formula see original document page 6</formula> (1)
其中，f^是第l透镜组的负透镜的焦距，fw是广角端的焦距。
下面，说明本发明采用上述结构的理由和作用。
通过使本发明的变焦镜头成为上述结构，利用第l透镜组弯折光路， 能够实现厚度方向的厚度的薄型化，并且，通过使第2透镜组和第4透 镜组移动，能够分担变倍的负担实现高变倍。并且，使第5透镜组具有 负屈光力，利用第5透镜组进行放大，从而能够縮短从第1透镜组到第 4透镜组的焦距，能够实现小型化。通过在第6透镜组配置正组，能够 容易地确保远心性。并且，第1透镜组相对于像面大致固定，从而成 为不需要使照相机恢复为使用状态的时间，防水、防尘方面也理想的 结构。
并且，条件式(1)适当地规定第1透镜组的负透镜的屈光力，为 了使入射光孔浅且能够物理地弯折光路，可以加强第1透镜组的负透镜 的屈光力。当超过上限2.5时，入射光孔仍然深，在要确保某种程度的 视角时，构成第1透镜组的各光学零件的直径和尺寸增大，物理上难以 实现光路弯折。当超过下限1.0时，第l透镜组后面的、为了变倍而移 动的透镜组的可取倍率接近零，容易产生移动量增大或变倍比减小等问 题，同时难以进行畸变像差等的轴外像差校正和色差的校正。
并且，在本发明的这种结构的变焦镜头中，优选在变倍时固定所述 第3透镜组。通过在变倍时固定所述第3透镜组，在其附近设置孔径光 阑，由此能够实现镜头直径的小型化。
并且，优选所述第1透镜组从物体侧依次由负透镜、棱镜、正透镜、 以及正透镜构成。在最靠物体侧配置负透镜，在其后弯折光路，由此能 够使照相机的厚度变薄。并且，通过配置负透镜，能够减小有效系统， 并且通过使用棱镜作为反射光学元件，能够保持短的光路长度，因此能 够縮短第l透镜组和孔径光阑的间隔，所以能够使入射光孔浅且能够实 现小型化。为了对第l透镜组配置正屈光力，需要在棱镜像侧配置正透 镜，但是高变倍化时难以校正由正透镜产生的彗差。因此，如果再追加
一片正透镜来分担屈光力，则能够良好地校正像差。 并且，优选满足以下条件式。
NdL1〉1.94 (2)
其中，Ndu是第l透镜组的负透镜的折射率。
为了使入射光孔浅而加强第1透镜组的负透镜的屈光力时，无法抑 制轴外像差的产生，所以通过将负透镜的折射率规定为条件式的值，能 够抑制像差的产生，并能够抑制光轴上的厚度，实现小型化。
并且，第2透镜组为了小型化需要具有强的负屈光力，所以为了校 正球面像差和彗差，优选配置非球面。
并且，优选第2透镜组从物体侧依次配置负透镜、以及正透镜和负 透镜的接合透镜，由此分担负屈光力，并且，通过接合正透镜和负透镜 来进行色差的校正。
并且，优选所述第1透镜组的负透镜具有非球面。第1透镜组的负 透镜在广角端时周边的光线高度变大，轴外像差的产生明显。为了使入 射光孔浅而加强屈光力时，像差的产生非常明显，所以优选通过配置非 球面来校正像差。并且，因为能够减小该面的曲率，所以可以不减少制 造误差引起的性能劣化，也有利于縮短厚度方向的厚度。
另外，本发明包含使用以上这种变焦镜头的摄像装置，在该情况下， 优选在变焦镜头和摄像元件之间配置低通滤波器。
如以上说明的那样，根据本发明，为了实现不需要伸縮式镜筒中出 现的使照相机恢复为使用状态的时间(镜头的推出时间)，防水、防尘 方面也理想、并且厚度方向极薄的照相机，能够提供一种易于取得利用 棱镜或反射镜等反射光学部件弯折光学系统的光路(光轴)的结构、且 具有在广角的变倍比为5倍左右的高光学性能的、厚度方向极薄的变焦 镜头。
本发明的其它目的和优点，部分是显而易见的，部分根据说明书是 显而易见的。
因此，本发明包含其结构特征、元件的组合以及零部件的配置， 它们将在以下进行陈述和举例说明，发明的范围将在权利要求书中提 出。
图1是本发明的变焦镜头的实施例1的无限远物点聚焦时的广角端
(a)、中间状态(b)、望远端(c)的光学展开图。
图2是本发明的变焦镜头的实施例2的与图1同样的光学展开图。 图3是本发明的变焦镜头的实施例3的与图1同样的光学展开图。 图4是实施例1的无限远物点聚焦时的广角端(a)、中间状态(b)、 望远端(c)的像差图。
图5是实施例2的与图4同样的像差图。 图6是实施例3的与图4同样的像差图。
图7是示出组装入本发明的变焦镜头后的数字照相机的外观的前方 立体图。
图8是图7的数字照相机的后方立体图。
图9是示出图7的数字照相机的结构的剖面图。
图10是图7的数字照相机的主要部分的内部结构的概略框图。
图11是示出用于对像的畸变进行数字校正的基本概念的图。
图12是组装入其他实施方式的弯曲变倍光学系统后的数字照相机
的主要部分的内部电路的结构框图。
图13是示出图像保存和显示处理内容的流程图。
图14是示出使对焦部的对焦镜头预先固定在聚焦到无限远的位置
时执行的处理的处理内容的流程图的 一例。
具体实施例方式
下面，说明本发明的变焦镜头的实施例1 3。图1 图3分别示出 实施例1 3的无限远物点聚焦时的广角端、中间状态、望远端的光路 展开图。各图中，第1透镜组用G1表示，第2透镜组用G2表示，第3 透镜组用G3表示，孔径光阑用S表示，第4透镜组用G4表示，第5 透镜组用G5表示，第6透镜组用G6表示，光学低通滤波器用F表示，
电子摄像元件即CCD的玻璃罩用C表示，CCD的像面用I表示。另外， 在图1 图3中，配置在第1透镜组Gl中的作为反射部件的光路弯折 (弯曲)棱镜作为展开光路后的平行平板P示出，没有示出反射面。另 外，关于近红外锐截止镀膜，例如可以在光学低通滤波器F上直接实施 镀膜，也可以另外配置红外截止吸收滤波器，或者，也可以使用对透明 平板的入射面进行了近红外锐截止镀膜的透明平板。
在实施例1中，如图1所示，从物体恻依次采取以下的结构第l 透镜组G1，其具有正屈光力(power)且变倍时固定；第2透镜组G2， 其具有负屈光力，在变倍时以望远端比广角端更靠像侧的方式从广角端 到望远端向像侧移动；第3透镜组G3，其具有正屈光力且变倍时固定； 孔径光阑S，其与第3透镜组G3—体且变倍时固定；第4透镜组G4， 其具有正屈光力，从广角端到望远端向物体侧移动；第5透镜组G5， 其具有负屈光力且变倍时固定；以及第6透镜组G6，其具有正屈光力， 从广角端到望远端向像侧移动，通过配置在第1透镜组G1内的棱镜P 进行光路弯折(弯曲)。
各组的结构如下按照从物体侧起的顺序，第1透镜组G1由双凹 负透镜、棱镜P、双凸正透镜、双凸正透镜构成，第2透镜组G2由双 凹负透镜、以及双凸正透镜和双凹负透镜的接合透镜构成，第3透镜组 G3由一片凸面朝向物体侧的正弯月形透镜构成，第4透镜组G4由双凸 正透镜和凹面朝向物体侧的负弯月形透镜的接合透镜构成，第5透镜组 G5由双凸正透镜和双凹负透镜的接合透镜构成，第6透镜组G6由一片 双凸正透镜构成。
以下面使用非球面第1透镜组Gl的与棱镜像侧相邻配置的双 凸正透镜的两面、第2透镜组G2的接合透镜的最靠像侧的面、第3 透镜组G3的正弯月形透镜的两面、和第6透镜组G6的双凸正透镜的 两面。
在实施例2中，如图2所示，从物体侧依次采取以下的结构第l 透镜组G1，其具有正屈光力且变倍时固定；第2透镜组G2，其具有负 屈光力，在变倍时以望远端比广角端更靠像侧的方式从广角端到望远端
向像侧移动；第3透镜组G3，其具有正屈光力且变倍时固定；孔径光 阑S，其与第3透镜组G3—体且变倍时固定；第4透镜组G4，其具有 正屈光力，从广角端到望远端向物体侧移动；第5透镜组G5，其具有 负屈光力且变倍时固定；以及第6透镜组G6，其具有正屈光力，从广 角端到望远端向像侧移动，通过配置在第1透镜组Gl内的棱镜P进行 光路弯折(弯曲)。
各组的结构如下按照从物体侧起的顺序，第1透镜组G1由凸面 朝向物体侧的负弯月形透镜、棱镜P、双凸正透镜、双凸正透镜构成， 第2透镜组G2由双凹负透镜、以及双凸正透镜和双凹负透镜的接合透 镜构成，第3透镜组G3由一片凸面朝向物体侧的正弯月形透镜构成， 第4透镜组G4由双凸正透镜和凹面朝向物体侧的负弯月形透镜的接合 透镜构成，第5透镜组G5由双凸正透镜和双凹负透镜的接合透镜构成， 第6透镜组G6由一片双凸正透镜构成。
以下面使用非球面第1透镜组Gl的与棱镜像侧相邻配置的双 凸正透镜的两面、第2透镜组G2的接合透镜的最靠像侧的面、第3 透镜组G3的正弯月形透镜的两面、和第6透镜组G6的双凸正透镜的 两面。
在实施例3中，如图3所示，从物体侧依次釆取以下的结构第1 透镜组G1，其具有正屈光力且变倍时固定；第2透镜组G2，其具有负 屈光力，在变倍时以望远端比广角端更靠像侧的方式从广角端到望远端 向像侧移动；第3透镜组G3，其具有正屈光力且变倍时固定；孔径光 阑S，其与第3透镜组G3—体且变倍时固定；第4透镜组G4，其具有 正屈光力，从广角端到望远端向物体侧移动；第5透镜组G5，其具有 负屈光力且变倍时固定；以及第6透镜组G6，其具有正屈光力，从广 角端到望远端向像侧移动，通过配置在第1透镜组Gl内的棱镜P进行 光路弯折(弯曲)。
各组的结构如下按照从物体侧起的顺序，第1透镜组G1由双凹 负透镜、棱镜P、双凸正透镜、双凸正透镜构成，第2透镜组G2由双 凹负透镜、以及双凸正透镜和双凹负透镜的接合透镜构成，第3透镜组
G3由一片凸面朝向物体侧的正弯月形透镜构成，第4透镜组G4由双凸 正透镜和凹面朝向物体侧的负弯月形透镜的接合透镜构成，第5透镜组 G5由双凸正透镜和双凹负透镜的接合透镜构成，第6透镜组G6由一片 双凸正透镜构成。
以下面使用非球面第1透镜组Gl的与棱镜像侧相邻配置的双 凸正透镜的两面、第2透镜组G2的接合透镜的最靠像侧的面、第3 透镜组G3的正弯月形透镜的两面、和第6透镜组G6的双凸正透镜的 两面。
下面，示出上述各实施例的数值数据，除了上述符号以外，f为全 系统焦距，F训为F数值，2co为全视角，WE为广角端，ST为中间状态，
TE为望远端，r,、 f2…为各透镜面的曲率半径，d,、 d2…为各透镜面之间
的间隔，ndl、 nd2…为各透镜的d线的折射率，vd、Vd2.,.为各透镜的阿 贝数。另外，在设x为光的行进方向为正的光轴，设y为与光轴正交的 方向时，非球面形状如下式所示。
<formula>formula see original document page 11</formula>其中，r是近轴曲率半径，K是圆锥系数，A4、 A6、 A8、 Au)分别是 4次、6次、8次、IO次的非球面系数。
实施例1
r 1 =-255. 6950. 80=2. 00069Vdl=25. 46
r 2 =12.匿d2 =2. 11
r 3 =ood3 =11. 00nd2=1. 84666d2=23.78
r4 =ood4 =0. 20
r 5 =37. 472 (非球面)d5 =2.5=1.58913V(13=61.25
r 6 =-17. 743 (非球面)d6 =0. W
r7 =16. 458d7 =2.28 4=1. 60300Vd4=65. 44
r 8 =-65.216d8 =(可变)
r ￡1 =-31. 587ds =0.50=1.翻Ovd5=40.76
r 10=10. 789d10=0.50
r ,i=56,301d"=1. 78=1.92286、=20.88
r 12=-9.5690.50=1.關O =40.60
13. 195(非球面)d13=(可变)
ri4=9. 664(非球面)dM=1. 7ndS=1.77377 =47.17
r i5=68. 098(非球面)d15=0.卯
r i6=oo (Stop)d16=(可变)
rn=17. 931dn=2. 39n必=1.77250=49.60
r I8=-7.812dl8=0,50=1.84.666v引o=23.78
-21. 300(可变)
r 20=10.715d20=L 93ndll:=1.61800 "=63.33
f 2I =-14.3150. 48=1.W6=31.31
r 22=5.573d22=(可变)
r 23=71. 568(非球面)d23=2. 49iW=1.58913、3=61.25
r 24=-8. 462(非球面)d2f(:可变)
r25=ood25=0. 50n dl'l=1.51633、14=64.14
r 26=oodM=0. 50
r27=ood"=0.50=1.51633、5=641
r 28=COd28=0. 39
r 29=oo(像面)
非j求面系数
第5面
K =0. 000
a,-3.53167x10画5
A5 =6. 73299Xl0-s
As =-1. 48711 xlO-s
A10=3. 66378 Xl(T10
第6面
K =0.000
A4 =-5.25033 X 10-6
A6 =2. 18132Xl(rs
A「-l. 66552X 10-8
A io=3.55386X 10—10
第13面K =0. 000
A4 =-3. 30840 XIO一4A6 =7.90045 X10—s
A8 =-5.61066 X 10-7
A io=0
第14面
K =0.000
A4 =7.80751 X 10-4
Afi =4.2S306X 10-5
As =-l.36643X 10—6
A !0=1.90915 X 10-7
第15面
K =0.000
1.19333X 10-3
A6 =5.哪25X1(T5
A8='-2.63057 x 10-6
A io=4.53565X10-7
第23面
K =0.000.
A4 =3.4M13X10-5
A5 =5.09238X10-6
A8 =5,29029xi(T7
Al0=.-3.8il69xl(rs
第24面
K =0.000
A「1.32425 X 1(T1
A6 =-1.333 16 X 10-6
A8 =-3.82571X 10画7
A|。=0
变焦数据(oo)
WESTTE
f (咖)5. 0711. 0924.36
Fffo3.573. 985. 10
2 w (° )81. 8937. 5018.28
d80.625. 859.34
dl39. 223, 990.50
5. 482. 952. 00
1.203. 734 67
d221.502. 877. 13<formula>formula see original document page 14</formula>
A8 =1.87992X 10-8
A10=0
第5面
K =0.000
A4=.-8.99513X 10-5
A6 =3.06688X 10-7
As=.-7.8画xl0-3
A10=5.30177X 10-11
第6面
K =0.000
A4=.-5.91189X10-5
A6=--l.93342X 10-7
A8=--5.07913X 10-9
A io= -3.86942X IO一'1
第13面
K =0.000
A4=--6.32605 X 10-4
Afi =7.92596X 10-6
As=--9.82033X lO-7
Ai。=0
第14面
K =0.000
A4 =5.81654X 10-4
A6 =1.58228X10—5
A8 =2.52873X 10—6
A io=9.05572X 10-9
第15面
K =0.000
A4 =9.18061X 10-4
A6 =1.82871xiO-5
As =3.83047X 10-6
Ai。=3.18159X10-8
第23面
K =0.000
A4 =3.89094X 10—4
A6 =5.94220X 10-6
As=--4.03564X 10—7A10= -3. 04291 X 10-1
第24面
K = 0.000
A4 = 4 72846X 10—'
A6 = 9.87695 X 10—'
As= -1. 19371 X 10—'
变焦数据(oo)
WE ST TE
f (■) 5.07 11.07 24.35
FN0 3. 57 3. 95 5. 10
2 w (。 ) 82.06 37.58 18.28
d8 0.62 5.37 8.61
d13 8.51 3.73 0.50
d16 5.15 2.62 2.00
d|g 1.20 3.76 4.35
d 22 1.50 2.53 6.41
dM 5.43 4.41. 0.56
实施例3
r i =-171.414d,=0. 80=2. 00069=25.46
r广12. 360d2 =2. 03
r3 =ood3 =11. 00nd2=1. 84666、=23.78
r4 =ood4 =0. 20
rs =42. 941(非球面)2. 48=1. 58913=61.25
r6 =-17.599(非球面)d6 =0. 10
r 7 =15. 973d7 =2. 27=1. 60300、=65.44
r s =-66.卯3d8 =(可变)
r 9 =-32. 405dg =0.50nd5=1, 88300=40.76
"二10.584d!0=0. 49
r u=49. 0671. 78=L 92286、6=20.88
r l2=-9.718dl2=0. 50=1. 86400=40.60
r13=12. 985(非球面)d13=(可变)
r if9.986(非i艮面)dl4=1. 70ndS=1, 77377、=47.n
r 15=93. 032(非球面)d15=0. 90
r w=oo (Stop)(可变)
r I7=17. 478d17=2. 38=1. 77250Vd9=49.60<formula>formula see original document page 17</formula>A4 =1.16498X10—3
A6 =4.46239X 10-5
As =4.42626X 10-7
A io=2.14083X 10—7
第23面
K =0.000
A4 =9.85556X 10-5
A6 =7.62351 X 10-6
A「-1.38050 X 10-7
Al0=-2.22912X1(T8
第24面
K =0.000
A4 =2.32658X 10—4
A6 =1.72768X 10-6
A8 =-6.21917X10-7
Al0=0
变焦#1据(oo)
WES TTE
f (鹏)5. 0711. 0925. 39
F恥3.573. 965. 10
2 。(。)82. 0037. 5117. 55
d80. 625. 969. 70
d139. 574 220. 50
d165. 282. 892. 00
dl91.203. 594.46
d221.502. 977， 33
d2',6.394. 940.59
图4 图6分别示出以上的实施例1 3的无限远物点聚焦时的像差 图。在这些像差图中，(a)表示广角端的球面像差(SA)、像散(AS)、 畸变像差(DT)和倍率色差(CC)， (b)表示中间状态的球面像差(SA)、 像散(AS)、畸变像差(DT)和倍率色差(CC)， (c)表示望远端的球 面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)和倍率色差(CC)。各图中，
面o
"FIY"表示半视角(° )。
接着，示出上述各实施例中的条件式(1)、 (2)的值。 条件式(1) (2) 实施例12.26 2.00069 实施例22.28 2.0017 实施例32.27 2.00069
以上所示的本发明的变焦镜头能够用于通过变焦镜头的成像光学系 统形成物体像、并在CCD和银盐胶片这种摄像元件上接受该像进行摄影 的摄影装置。上述摄影装置作为具体的产品，例如能够广泛用作数字照 相机、组装有照相机的个人计算机、手机、PDA (Personal Digital Assistant: 个人数字助理)等数字终端设备。下面，例示其实施方式。
图7 图13示出将本发明的变焦镜头组装入到数字照相机的摄影光 学系统41后的结构的概念图。图7是示出数字照相机40的外观的前方 立体图，图8是其后方立体图，图9是示出数字照相机40的结构的剖面 图。在该例子中，数字照相机40包含具有摄影用光路42的摄影光学 系统41、具有取景器用光路44的取景器光学系统43、快门45、闪光灯 46、液晶显示监视器47等，在按压配置在照相机40上部的快门45时， 与其连动，通过摄影光学系统41、例如实施例1的变焦镜头进行摄影。
通过摄影光学系统41形成的物体像，经由近红外截止滤波器和光学 低通滤波器F形成在CCD或CMOS等摄像元件49的摄像面上。由该 CCD或CMOS等摄像元件49接受的物体像经由处理单元(例如CPU) 51，作为电子图像显示在设置于照相机背面的液晶显示监视器(LCD) 47上。并且，该处理单元51上连接有记录单元(例如存储器)52，还能 够记录所拍摄的电子图像。另外，该记录单元52可以与处理单元51单 独地设置，也可以构成为通过floppy (注册商标)盘或存储卡、MO、 DVD士RW等进行电子记录写入。并且，也可以代替CCD等49而构成 为配置有银盐胶片的银盐照相机。
并且，在取景器用光路44上配置有取景器用物镜光学系统53。通 过该取景器用物镜光学系统53形成的物体像，形成在作为像正立部件的
保罗棱镜55的视场框57上。在该保罗棱镜55的后方配置有将成为正立 正像的像引导到观察者眼球E的目镜光学系统59。另外，在摄影光学系 统41和取景器用物镜光学系统53的入射侧、目镜光学系统59的出射侧 分别配置有罩部件50。
图10示出上述数字照相机40的主要部分的内部结构的概略框图。 另外，以快门45为代表的操作部用符号500表示，处理单元由CPU 51 构成，摄像元件由CCD 49构成，记录单元由存储卡521和外部存储装置 (光盘或HDD等)522构成。当CPU 51判断为按压了操作部500的快 门45时，进行基于曝光条件控制的最佳快门控制值和光圈控制的运算， 在该运算后，根据这些控制值进行快门和光圈控制。其他控制动作如上 所述。
这样构成的数字照相机40因为摄影光学系统41变倍比高且像差良 好，并且明显是小型的，所以能够实现照相机整体的小型化、薄型化。
另外，在图9的例子中，配置有平行平面板作为罩部件50，但是也 可以使用具有屈光力的透镜。
另外，为了防止重影和光斑的产生，通常在透镜的空气接触面上实 施反射防止镀膜。
另一方面，在接合透镜的接合面上，粘接剂的折射率比空气的折射 率高很多。因此，成为与单层镀膜相同或低于单层镀膜的反射率的情况 多，强行实施镀膜的情况少。但是，如果在接合面上主动实施反射防止 镀膜，则能够进一步减轻重影和光斑，能够获得更良好的图像。
特别是最近高折射率玻璃材料普及，像差校正方面的效果很好，所 以多用于照相机光学系统，但是将高折射率玻璃材料用作接合透镜时， 也不能忽略在接合面的反射。在这种情况下，预先对接合面实施反射防 止镀膜特别有效。
在日本特开平2-27301号、日本特开2001-324676号、日本特开 2005-92115号、USP 7116482等中公开了接合面镀膜的有效使用方法。在 这些文献中，特别叙述了正先行(positive lead)变焦镜头的第1组内的 接合透镜面镀膜，关于本发明的正屈光力的第1透镜组内的接合透镜，
按照这些文献所公开的那样实施即可。作为所使用的镀膜材料，根据作 为基板的透镜的折射率和粘接剂的折射率，适当选择折射率较高的
Ta205、 Ti02、 Nb205、 Zr02、 Hf02、 Ce02、 Sn02、 ln203、 ZnO、 丫203等 镀膜材料，折射率较低的MgF2、 Si02、八1203等镀膜材料等，设定为满 足相位条件的膜厚即可。
当然，透镜的空气接触面的镀膜同样也可以将接合面镀膜设为多层 镀膜。通过适当组合2层或2层以上膜数的镀膜材料和膜厚，能够进一 步降低反射率并对反射率的分光特性/角度特性等进行控制等。
并且，关于第1透镜组以外的透镜接合面，根据同样的思想进行接 合面镀膜当然也是有效的。
然而，在使用本发明的变焦镜头时，以电的方式对像的畸变进行数 字校正。下面，说明用于对像的畸变进行数字校正的基本概念。
例如，如图11所示，固定以光轴和摄像面的交点为中心、与有效摄 像面的长边相切的半径R的圆周上(像高)的倍率，将该圆周作为校正 的基准。然后，使除此之外的任意半径r (co)的圆周上(像高)的各点 大致沿放射方向移动，呈同心圆状移动成半径r' (co)，由此进行校正。 例如，在图11中，位于半径R的圆的内侧的任意半径rl (co)的圆周上 的点Pl朝向圆的中心移动到应该校正的半径rl， (co)的圆周上的点P2。 并且，位于半径R的圆的外侧的任意半径r2 (co)的圆周上的点Q1朝向 离开圆的中心的方向移动到应该校正的半径r2' (co)的圆周上的点Q2。 这里，r' (co)能够如下表示。
r' (co) =aftanco (0《a《l)
其中，Q)是被摄体半视角，f是成像光学系统(本发明中为变焦镜头) 的焦距。
这里，当设与所述半径R的圆上(像高)对应的理想像高为Y时， a=R/Y=R/ftanco
理想的光学系统相对于光轴旋转对称，即畸变像差也相对于光轴旋 转对称地产生。因此，如上所述，在对光学产生的畸变像差进行电校正
时，如果能够在再现图像上固定以光轴和摄像面的交点为中心、与有效 摄像面的长边内切的半径R的圆的圆周上(像高)的倍率，使除此之外 的半径r (CO)的圆周上(像高)的各点大致沿放射方向移动，呈同心圆
状移动成半径r' (co)而进行校正，则认为在数据量和运算量方面是有利的。
可是，在利用电子摄像元件拍摄的时刻(由于采样)光学像不是连
续量。因此，严格来讲，在光学像上描绘出的上述半径R的圆也只不过
是电子摄像元件上的像素排列成放射状，而不是准确的圆。即，在按照 每个离散的坐标点表示的图像数据的形状校正中，不存在上述能够固定
倍率的圆。所以，可以使用按照各像素(Xi， Yj)确定移动目的地的坐 标(Xi，， Yj，)的方法。另外，当(Xi， Yj)的2点以上移动到坐标(Xi'， Yj')时，取各像素具有的值的平均值。并且，当不存在移动过来的点时， 使用周围的几个像素的坐标(Xi'， Yj，)的值进行插值即可。
特别是在具有变焦镜头的电子摄像装置中，由于光学系统和电子摄 像元件的制造误差等，畸变相对于光轴显著、且描绘在上述光学像上的 上述半径R的圆为非对称，这种方法对于此时的校正是有效的。并且， 在摄像元件或各种输出装置中将信号再现为图像时产生几何学畸变等， 这种方法对于此时的校正也是有效的。
在本发明的电子摄像装置中，为了计算校正量r' (co) —r (co)，也 可以采取将r(co)即半视角和像高之间的关系、或实际像高r和理想像 高r，/a之间的关系记录到内置于电子摄像装置内的记录介质上的结构。
另外，为了不使畸变校正后的图像的光量在短边方向的两端严重不 足，所述半径R可以满足以下条件式。<formula>formula see original document page 22</formula>
其中，Ls是有效摄像面的短边长度。 优选所述半径R可以满足以下条件式。 0KR《0.6Ls
并且，使所述半径R与有效摄像面短边方向的内切圆的半径大致一 致是最有利的。另外，在半径11=0的附近、即轴上附近固定倍率来进行
校正时，在实际图像数方面有些不利，但是能够确保即使广角化也可实 现小型化的效果。
另外，将校正所需的焦距区间分割为几个焦点区域。而且，也可以 在该分割后的焦点区域内的望远端附近，以与得到基本满足
r' (co) =a f tan
的校正结果时相同的校正量进行校正。不过，在该情况下，在分割后的 焦点区域内的广角端，残存有某种程度的桶形畸变量。并且，当增加分 割区域数时，需要在记录介质内额外保有校正所需的固有数据，不是很 理想。所以，预先计算出与分割后的焦点区域内的各焦距关联的一个或 多个系数。根据模拟或实际测定来确定该系数即可。而且，也可以在所 述分割后的区域内的望远端附近，计算得到基本满足 r' (co) =ot f tanco
的校正结果时的校正量，按照每个焦距对该校正量一律乘以所述系数来 确定最终的校正量。
但是，在成像无限远物体而得到的像中不存在畸变时，
f = y/ tanco
成立。其中，y是像点距离光轴的高度(像高)，f是成像系统(本发明中
为变焦镜头)的焦距，co是与摄像面上距离中心y的位置上连接的像点 对应的物点方向相对于光轴的角度(被摄体半视角)。
在成像系统中存在桶形畸变像差时，则
f>y/ tanco
艮P，当成像系统的焦距f和像高y恒定时，o)的值增大。 图12是图7的数字照相机的其他实施方式的框图。在照相机40的 内部配置有摄像元件149、 CDS/AGC电路103、 A/D转换部104、总线 105、 SDRAM 106、图像处理部107、 JPEG处理部108、存储器I/F 109、 记录单元52的一部分即记录介质110、 LCD驱动器111、作为液晶显示 监视器47使用的LCD112、微型计算机(CPU) 113、操作部114和闪存 115。
摄像元件149是将拜尔(Bayer)排列的滤色器配置在由光电二极管
构成的各像素的前表面而形成的摄像元件。当摄像驱动电路116根据微
型计算机(CPU) 113的指令而起动时，摄像驱动电路116控制CDS/AGC 电路103和A/D转换部104，该CDS/AGC电路103由降低噪声成分的 CDS (CorrelatedDouble Sampling:相关双重采样)电路和稳定信号电平 的AGC (Automatic Gain Control:自动增益控制)电路构成，A/D转换 部104将模拟电信号转换为数字电信号。
摄像元件149利用构成各像素的光电二极管接受通过摄影光学系统 41形成的物体像。这里，摄影光学系统41用2个部分101a和101b表示， 第1部分101a相当于变焦镜头的第1透镜组Gl到第4透镜组G4，第2 部分101b相当于第5透镜组G5和第6透镜组G6。在该例子中，利用第 5透镜组G5和第6透镜组G6进行对焦，第1透镜组Gl到第4透镜组 G4承担大部分变焦功能。因此，将第1部分101a称为变焦部，将第2 部分101b称为对焦部。所接受的光学像由摄像元件149进行光电转换， 将光量转换为电荷量，输出到CDS/AGC电路103。这里，拜尔排列是通 过如下方式构成的像素排列，即，在垂直方向上交替配置在水平方向交 替排列R (Red)像素和G (Green)像素的行、以及在水平方向交替排 列G像素和B (Blue)像素的行。另夕卜，摄像元件149可以是CMOS型 图像传感器(CMOS type image sensor),也可以是CCD图像传感器(CCD image sensor)。虽然没有图示，但是包含驱动摄像元件的时标振荡器在内 的摄像驱动电路116、 CDS/AGC电路103和A/D转换部104由AFE (模 拟前端电路)IC元件构成。
假设摄像元件149至少可在像素相加读出模式和全部像素读出模式 等多个驱动模式下进行动作。像素相加读出模式是对相邻的多个像素的 电荷进行相加后读出的动作模式。并且，全部像素读出模式是读出全部 来自摄像元件有效像素的电荷的动作模式。
CDS/AGC电路103在对从摄像元件149读出的电信号(模拟图像信 号)降低了复位噪声等之后进行波形整形，进而进行增益放大，以使图 像的明亮度成为目标明亮度。A/D转换部104将在CDS/AGC电路103 中进行了预处理的模拟图像信号转换为数字图像信号(以下称为图像数
据)。
总线105是用于将在照相机内部产生的各种数据传送到照相机内的
各部的传送路径，与A/D转换部104、 SDRAM 106、图像处理部107、 JPEG处理部108、存储器I/F 109、 LCD驱动器111、以及CPU 113连接。 通过A/D转换部104得到的图像数据经由总线105临时存储在SDRAM 106中。SDRAM 106是临时存储在A/D转换部104中得到的图像数据或 在图像处理部107、 JPEG处理部108中处理的图像数据等各种数据的存 储部。
图像处理部107读出存储在SDRAM 106中的图像数据，进行增益 控制并实施图像处理。该图像处理部107具有白平衡(WB)校正电路 107a、同时化电路107b、颜色转换/颜色再现电路107c、 Y转换电路107d、 边缘提取电路107e、噪声降低处理电路107f、以及插值尺寸调整处理电 路107g。
WB校正电路107a通过对从SDRAM 106读出的图像数据中的R数 据和B数据乘以从CPU113指示的白平衡增益，来进行白平衡校正。同 时化电路107b根据从WB校正电路107a输出的图像数据，生成将R、 G、 B三色作为一个像素成分的图像数据。颜色转换/颜色再现电路107c进行 对从同时化电路107b输出的图像数据乘以从CPU 113指示的色彩矩阵的 线性转换，来校正图像数据的颜色，并且，使用从CPU113指示的色度/ 色调系数，通过运算使图像的色调变化。Y转换电路107d对从颜色转换/ 颜色再现电路107c输出的图像数据实施伽玛转换(灰度转换)处理，校 正图像数据的灰度，以使其适合于显示或印刷。
边缘提取电路107e使用从CPU 113指示的BPF (带通滤波)系数， 提取图像数据中的轮廓(边缘)成分。作为平坦部信息提取部和噪声降 低处理部的噪声降低处理电路107f利用从CPU 113指示的滤波参数对图 像数据实施滤波处理，从而降低图像数据中的噪声。插值尺寸调整处理 电路107g进行图像数据的插值处理和用于调整输出尺寸的尺寸调整处 理。
在以上这样的图像处理部107中，实施了图像处理的图像数据再次 存储在SDRAM 106中。
JPEG处理部108从SDRAM 106读出进行了图像处理的图像数据， 按照JPEG标准进行图像压縮处理。并且，JPEG处理部108还具有读出 记录在记录介质110中的JPEG压縮数据并实施解压縮处理的功能。由 JPEG处理部108压縮后的图像数据存储在SDRAM 106中后，经由存储 器I/F 109记录在记录介质110中。记录介质110如上所述，例如能够使 用可在照相机主体上装卸的存储卡，但不限于此。
LCD驱动器111对LCD 112进行图像显示。在显示记录在记录介质 110中的JPEG压縮图像数据的情况下，通过JPEG处理部108读出记录 在记录介质110中的JPEG压縮图像数据并实施解压縮处理后，临时存储 在SDRAM 106中。LCD驱动器111从SDRAM 106读出该图像数据，转 换为影像信号后，在LCD 112上进行图像显示。作为同时摄影部和噪声 降低处理判定部的CPU 113总括地控制照相机主体的各种程序。在CPU 113上连接有操作部114和存储有照相机程序和对焦镜头位置数据的闪存 115。操作部114是电源按钮、释放按钮、各种输入键等操作部件。通过 由使用者对操作部114进行操作，CPU 113执行与该操作部114的操作对 应的各种程序。闪存115是存储白平衡增益、色彩矩阵、滤波参数等各 种参数的存储部。CPU 113从闪存115读入各种程序所需的参数，对各处 理部发出指示。基准用传感器122是检测对焦镜头101b是否位于基准位 置的传感器。温度传感器121检测温度，并将该检测结果通知给CPU 113。
操作部114是用于接受来自摄影者的各种指示、并将其通知给CPU 113的各种按钮和开关等，例如对应于用于指示摄影开始等的释放按钮、 焦距变更按钮、设定变更开关等。另外，根据照相机的特性，能够设定 以下各种操作按钮、开关等用于指示AF (自动对焦)模式/MF (手动 对焦)模式的切换的对焦模式切换按钮；用于在选择MF模式时指示对 焦部101b的移动的MF驱动按钮；用于指示存储对焦部101b的位置数 据的预置按钮；用于指示读出所存储的对焦部101b的位置数据的预置值 读出按钮；用于进行使对焦部101b向与变焦状态对应的无限远聚焦位置 移动的指示的无限远按钮等。
CPU 113执行预先存储在闪存115中的照相机程序，由此来控制该
电子照相机整体的动作。例如，进行基于被摄体像的对比度的AF处理(对 比度AF处理)等。
变焦用电动机120通过由驱动电路构成的变焦控制部118接收CPU 113的指令，驱动变焦部101a。对焦用电动机119通过由驱动电路构成的 对焦控制部117接收CPU 113的指令，驱动对焦部101b。另外，在AF 模式和MF模式这两个模式下，通过对焦用电动机119驱动对焦部101b。
图13 (a)和图13 (b)的流程图示出图像保存和显示处理内容，全 部由CPU 113按照存储在内部闪存115中的动作程序来执行该动作控制。
下面，说明该图13 (a)和图13 (b)的流程图。如图13 (a)所示， 具有进行利用构成各像素的光电二极管接受通过作为摄影光学系统的变 焦镜头101a和对焦镜头101b形成的物体像的工序的摄像元件(Sl)。
在对从摄像元件149读出的电信号(模拟图像信号)降低复位噪声 等之后进行波形整形，进而进行增益放大以使图像的明亮度成为目标明 亮度，在CDS/AGC电路103进行了以上的工序(S2)的处理后，进行 将在CDS/AGC电路103中进行了预处理的模拟图像信号A/D转换为数 字图像信号(以下称为图像数据)的工序(S3)。然后，进行将通过A/D 转换工序(S3)得到的图像数据经由总线105临时存储在SDRAM 106 中的工序(S4)。同样，LCD驱动器111经过从SDRAM 106读出该图像 数据的读出工序(S4)，将该图像数据转换为影像信号后，进行在LCD 112 上显示图像的工序(S9)并结束。
并且，如图13 (b)所示，图像处理(压縮)(S5)由以下工序构成 图像处理(S501); WB处理(S502),其通过对从SDRAM 106读出的图 像数据中的R数据和B数据乘以从CPU 113指示的白平衡增益，来进行 白平衡校正；同时化(S503)的工序，其生成将R、 G、 B三色作为一个 像素成分的图像数据；以及JPEG压縮(S504)的工序，其对图像数据进 行压縮。
经过从图像处理(S501)到同时化(S503)中处理的图像处理工序 (S5)后，进行临时存储图像数据等各种数据的工序(S6)。
然后，JPEG处理(S504)读出记录在记录介质110中的JPEG压縮 图像数据，通过JPEG处理(S504)压縮的图像数据被存储在SDRAM 106 中后，执行经由存储器I/F109写入记录介质110的工序(S8)并结束。
这里，说明存储在闪存115中的照相机程序的一例。
图14 (a)和(b)是示出使对焦部的对焦镜头预先固定在聚焦到无 限远的位置(与无限远对应的位置)时执行的处理的处理内容的流程图 的一例。首先，电源接通时进行初始化处理。初始化处理是指，在电源 接通时确认了作为存储单元的存储器未存储位置数据的情况下，使变焦 镜头和对焦镜头回到基准位置，并且进行存储器内的数据的初始化。在 图14 (a)中，在步骤S21中，判定选择中的对焦模式是否是MF模式， 在其判定结果为"是"的情况下，处理进入步骤S22，在为"否"的情况 下，处理进入步骤S23。另外，对焦模式如上所述，通过由摄影者操作(按 压)对焦模式切换按钮，来选择MF模式或AF模式中的任意一种。
在步骤S23中，操作释放按钮，判定释放按钮是否被按压到第1释 放位置，在其判定结果为"是"的情况下，处理进入步骤S24，在为"否" 的情况下，重复本步骤。在步骤S24中，进行基于图14 (b)所示的对比 度AF方式的通常AP处理。
在步骤S25中，判定释放按钮是否被按压到第2释放位置并进行了 摄影开始指示，在其判定结果为"是"的情况下，处理进入步骤S26，在 为"否"的情况下，重复本步骤。在步骤S26中，进行AE处理，确定 曝光条件(快门速度、光圈值等)。在步骤S27中，根据上一步骤所确定 的曝光条件进行曝光。即，通过CCD对根据该曝光条件而成像的被摄体 像进行光电转换，通过摄像处理部进行所述处理，获得数字电信号即图 像数据。然后，对该图像数据实施压縮处理等规定的图像处理，并记录 到存储卡中，本流程结束。
另外，在图14 (b)中，首先在步骤S201中，使对焦镜头移动到下 限位置。在步骤S202中，使对焦镜头向上限位置移动规定单位量。在步 骤S203中，取入在摄像元件上成像的被摄体像的规定区域内的图像，求 出该规定区域内的图像的对比度值。在步骤S204中，判定在从下限位置
移动到当前位置的期间内是否存在规定的对比度峰值，在其判定结果为 "是"的情况下，处理进入步骤S207，在为"否"的情况下，处理进入
步骤S205。这样，在判定为在从下限位置到后述的上限位置的范围内明
显存在对比度峰值的情况下，将获得该对比度峰值的对焦镜头位置作为
聚焦位置，縮短聚焦位置的检测时间。在步骤S205中，判定对焦镜头位 置是否为上限位置，在其判定结果为"是"的情况下，处理进入步骤S206， 在为"否"的情况下，处理返回到步骤S202。在步骤S206中，在所述步 骤S204的处理中无法发现明显的对比度峰值的情况下，根据在所述步骤 S203的处理中求出的、从下限位置到上限位置的每个规定单位量的位置 中的对比度值，求出对比度值最高的对焦镜头位置、即具有对比度峰值 的对焦镜头位置。在步骤S207中，使对焦镜头向上一步骤中求出的具有 对比度峰值的对焦镜头位置移动，图14 (b)的流程进行返回，返回到图 14 (a)，在步骤S25中，判定释放按钮是否被按压到第2释放位置，在 其判定结果为"是"的情况下，处理进入步骤S26，在为"否"的情况下， 重复本步骤。
权利要求
1.一种变焦镜头，其从物体侧依次由以下各部分构成具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力的第2透镜组、具有正屈光力的第3透镜组、具有正屈光力的第4透镜组、具有负屈光力的第5透镜组、以及具有正屈光力的第6透镜组，其特征在于，在从广角端向望远端变倍时，所述第1透镜组相对于像面大致固定，至少所述第2透镜组和所述第4透镜组移动，所述第1透镜组从物体侧依次包含负透镜、用于弯折光路的反射光学元件和正透镜，并满足以下条件式1.0＜|f1L1|/fw＜2.5(1)其中，f1L1是第1透镜组的负透镜的焦距，fw是广角端的焦距。
2. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 所述第3透镜组变倍时固定。
3. 根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第1透镜组从物体侧依次由负透镜、棱镜、正透镜、以及正透 镜构成。
4. 根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于， 满足以下条件式NdL1〉1.94 (2)其中，Ndu是第l透镜组的负透镜的折射率。
5. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 所述第2透镜组中至少具有一面非球面。
6. 根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于，所述第2透镜组从物体侧依次包含负透镜、接合正透镜和负透镜而 成的接合透镜。
7. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 所述第1透镜组的负透镜具有非球面。
8. —种摄像装置，其特征在于，该摄像装置具有权利要求1所述的 变焦镜头和配置在所述变焦镜头像侧的摄像元件。
9. 根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于， 在所述变焦镜头和摄像元件之间配置低通滤波器。
10. —种记录拍摄到的图像的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤利用摄像元件接受通过权利要求1所述的变焦镜头形成的像，保持从该摄像元件输出的图像信号，在增益控制后进行A/D转换， 将该A/D转换后的图像信号存储到存储器中， 对从所述存储器读出的图像信号进行图像压縮处理， 然后，记录到记录介质中。
11. 一种记录拍摄到的图像的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤利用摄像元件接受通过权利要求1所述的变焦镜头形成的像，保持从该摄像元件输出的图像信号，在增益控制后进行A/D转换， 将该A/D转换后的图像信号存储到存储器中， 从所述存储器读出图像信号并显示到显示部上。
12. —种通过摄影装置拍摄图像的方法，该摄影装置包括进行根据被摄体像的对比度而进行的、具有AF处理功能的自动焦点调节的自动 聚焦工序；以及通过手动进行焦点调节的手动聚焦工序，其特征在于，该方法包括如下步骤选择所述自动聚焦工序或所述手动聚焦工序中的任意一种， 判定是否通过摄影操作部件进行了摄影开始指示，在进行了摄影开始指示后确定曝光条件，利用摄像元件接受由权利要求1所述的变焦镜头根据该曝光条件形成的被摄体像。
全文摘要
本发明提供一种变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置，涉及易于取得利用反射光学部件弯折光路的结构、具有在广角的变倍比为5倍左右的高光学性能的、厚度方向极薄的低价的变焦镜头，该变焦镜头由正的第1透镜组(G1)、负的第2透镜组(G2)、正的第3透镜组(G3)、正的第4透镜组(G4)、负的第5透镜组(G5)、正的第6透镜组(G6)构成，在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组(G1)相对于像面(I)大致固定，至少第2透镜组(G2)和第4透镜组(G4)移动，第1透镜组(G1)从物体侧依次包含负透镜、用于弯折光路的反射光学元件(P)和正透镜，满足条件式(1)。
文档编号G02B15/163GK101187726SQ20071018879
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者城田英二 申请人:奥林巴斯映像株式会社