专利名称：：变焦镜头和成像设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种新颖的变焦镜头和成像设备，具体而言，本发明涉及用于利用所谓弯曲光学系统来增大变焦镜头的变焦比以减小在入射光的光轴方向上的厚度的技术。
背景技术：
：近年来，使用固态成像器件的成像设备(例如数码相机)已经广为流行。随着数码相机的普及，期望其具备更佳的成像品质。对具有极高像素的数码相机要配备的拍摄用镜头(特别是变焦镜头)的需求不断增长，所述镜头利用具有大量像素的固态成像器件从而具有良好成像性能。此外，希望数码相机的体积较小。因此，需要紧凑的高性能变焦镜头。通过使用布置在透镜之间以弯曲光学系统光轴的棱镜，已经使一些相机的厚度进一步减小。此外，对高变焦比的需求强烈。但是，变焦比的增大将导致图像品质因手部抖动而劣化，这是因为不能稳定地握持较薄的相机。日本未审查专利申请公开No.2006-71993中揭示了一种变焦镜头，该镜头从物方至像方包括依次布置的正、负、正、正、负透镜组这五个透镜组。在其中揭示的变焦镜头中，第五透镜组被划分为两个子组，即，负透镜子组以及正透镜子组。正透镜子组在与光轴大致垂直的方向上运动以使图像偏移(shift)。
发明内容日本未审查专利申请公开No.2006-71993中揭示的变焦镜头具有约3x的变焦比，因此不能满足高变焦的要求。为了提高该变焦镜头的变焦比，需要使第二及第四透镜组运动较大的量。这不可避免地增大了变焦镜头在光轴方向上的尺寸。期望将变焦镜头的变焦比至少增大至5x，而不增大变焦镜头在光轴方向上的尺寸。根据本发明的实施例，提供了一种变焦镜头，其沿光轴从物方至像方依次包括具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有正屈光度的第四透镜组、具有负屈光度的第五透镜组、以及具有正屈光度的第六透镜组。所述第一透镜组包括用于使所述光轴弯曲大致90度的反射构件。所述第一及第三透镜组在所述变焦镜头进行变焦或聚焦时在所述光轴上保持静止。通过使所述第二、第四、及第五透镜组沿所述光轴运动来执行变焦。通过使所述第四透镜组和/或所述第五透镜组沿所述光轴运动来执行聚焦。通过使所述第六透镜组在与所述光轴大致垂直的方向上运动来执行图像偏移。所述第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜。根据本发明的实施例的成像设备包括上述变焦镜头以及用于将由所述变焦镜头生成的光学图像转换为电信号的成像器件。本发明能够将变焦镜头的变焦比至少增大至5x，而无需增大变焦镜头在光轴方向上的尺寸。图1示出了根据本发明第一实施例的变焦镜头的构造；图2示出了变焦镜头处于广角端的情况下变焦镜头的球差图、像散图和畸变图3示出了变焦镜头处于中间焦距的情况下变焦镜头的球差图、像散图和畸变图4示出了变焦镜头处于摄远端的情况下变焦镜头的球差图、像散图和畸变图5是示出使用根据本发明的第一实施例的变焦镜头的数码相机的示例性结构的框图；而图6是示出数码相机中部件的示例性设置的示意性剖视图。具体实施例方式下面将参考附图对本发明的变焦镜头以及成像设备的优选实施例进行说明。根据本发明的实施例的变焦镜头沿光轴从物方至像方依此包括具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有正屈光度的第四透镜组、具有负屈光度的第五透镜组、以及具有正屈光度的第六透镜组。第一透镜组具有使光轴弯曲大致90度的反射构件。第一及第三透镜组在变焦镜头变焦或聚焦时在光轴上保持静止。通过使第二、第四、以及第五透镜组沿光轴运动来执行变焦。通过使第四透镜组和/或第五透镜组沿光轴运动来执行聚焦。通过在与光轴大致垂直的方向上使第六透镜组运动来执行图像偏移。第四透镜组包括单一的正透镜及单一的负透镜。根据本发明的实施例的变焦镜头能够至少将变焦比增大至5x，而不会增大变焦镜头在光轴方向上的尺寸。通过在变焦镜头变焦时使第五透镜组运动，可以获得更大的变焦效果而无需增大第二及第四透镜组的运动量。因此，即使变焦镜头的变焦比增大至大于5x的变焦比(例如，约7x至10x)，变焦镜头在光轴方向上的尺寸也不会增大。换言之，通过独立地使三个透镜组(即，第二、第四、以及第五透镜组)运动，可以获得比通过仅使两个透镜组运动而获得的变焦效果更大的变焦效果。此外，可以抑制变焦镜头变焦时发生像差波动。因此，可以实现具有高变焦比的紧凑的高性能变焦镜头。可以通过使第四透镜组向物方运动或通过使第五透镜组向像方运动来执行聚焦。还可通过使第四及第五透镜组同时运动来执行聚焦。因为在变焦镜头变焦或聚焦时使第四透镜组运动，故第四透镜组优选地包括数目较少的透镜。通过使第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜，可以减小第四透镜组的尺寸及重量。这使得用于使第四透镜组运动的驱动机构可以较小，由此有利于减小变焦镜头的尺寸。通过将具有负屈光度的第五透镜组布置在起手部抖动补偿透镜作用的第六透镜组的前方(在物方一侧)，穿过图像外侧部分的光线在第五透镜组处发散。然后，第六透镜组使光线成为远心的(telecentric)。由此允许第一透镜组的透镜(特别是最接近物方的透镜)具有较小的直径，可使整个变焦镜头紧凑。当通过使透镜组在与光轴垂直的方向上运动来执行手部抖动补偿时，存在像差波动(特别是畸变波动)的问题。需要增加透镜的数量以校正上述像差波动。但是，因为根据本发明的实施例的变焦镜头利用第六透镜组来执行手部抖动补偿，如上所述使光线成为远心的，故像差波动较小。因此，可以保持较高的光学性能而无需增加透镜的数量。最接近物方布置的第一透镜组包括棱镜。该棱镜在成像光线进入镜头之后就立即使成像光线的光轴弯曲90度。由此减小了变焦镜头在入射光的光轴方向上的尺寸，S卩，变焦镜头的厚度。因此，可以使具有该变焦镜头的成像设备更薄。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第一透镜组沿光轴从物方至像方依此包括负透镜、具有用于使光轴弯曲90度的反射表面的棱镜、第一正透镜、以及第二正透镜。第一及第二正透镜其中至少一者优选为非球面透镜。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第二透镜组沿光轴从物方至像方依此包括第一负透镜、包括负透镜及正透镜的胶合透镜、以及第二负透镜。第二透镜组可以被设置成在变焦镜头变焦时运动的各个透镜组之中具有最大的屈光度。通过使第二透镜组沿光轴从物方至像方依此包括第一负透镜、包括负透镜及正透镜的胶合透镜、以及第二负透镜，可以抑制变焦镜头变焦时在第二透镜组中产生像差和发生像差波动。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第三透镜组包括孔径光阑以及与该孔径光阑相邻布置的单一正透镜。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第四透镜组包括具有正透镜及负透镜的胶合透镜。第四透镜组的上述结构实现了用于校正轴外单色像差及色差的最小结构。正透镜优选的具有邻近物方的非球面表面。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第五透镜组包括单一负透镜。因为当变焦镜头变焦或聚焦时使第五透镜组运动，故期望其具有较少的透镜数量。通过使第五透镜组具有单一负透镜，可以减小第五透镜组的尺寸及重量。由此能够使得用于使第五透镜组运动的驱动机构紧凑，由此有利于变焦镜头的尺寸减小。在根据本发明的实施例的变焦镜头中，优选的，第六透镜组具有单一正透镜。通过使第六透镜组(其起用于补偿手部抖动的偏移透镜组的作用)包括单一透镜，可以使得用于在与光轴垂直的方向上驱动第六透镜组的驱动机构紧凑。这有利于整个变焦镜头的尺寸减小，并有利于加速驱动机构并降低驱动机构的制造成本。现在，将参考附图及表格来描述本发明的根据具体实施例的变焦镜头以及第一数字示例，在第一数字示例中，数值被应用于根据第一实施例的变焦镜头。以下实施例中描述的非球面形状可由以下表达式1来定义。[表达式1]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>在表达式1中，"z"表示沿光轴方向在非球面表面的顶点处的切平面与在距光轴高度"H"(=^Z2+"p的非球面表面之间的距离;"C"表示非球面表面的顶点的曲率(1/r);K表示圆锥常数，而A"表示第2i阶非球面系数。图1示出了根据本发明的第一实施例的变焦镜头的构造，其中，从上方起依此示出了当变焦镜头处于广角端时透镜组沿光轴的位置、当变焦镜头处于标准焦距时透镜组沿光轴的位置、以及当变焦镜头处于摄远端时透镜组沿光轴的位置。变焦镜头1从物方至像方依次包括具有正屈光度的第一透镜组GR1、具有负屈光度的第二透镜组GR2、具有正屈光度的第三透镜组GR3、具有正屈光度的第四透镜组GR4、具有负屈光度的第五透镜组GR5、以及具有正屈光度的第六透镜组GR6。第三透镜组GR3在像方包括孔径光闹IR。包括低通滤波器的滤波器组FL(例如红外截止滤波器)布置在第六透镜组GR6与像面IMG之间。当变焦镜头l变焦时，第一透镜组GR1、第三透镜组GR3、以及第六透镜组GR6在光轴方向上保持静止。第二透镜组GR2远离第一透镜组GR1运动。第四透镜组GR4朝向第三透镜组GR3运动。第五透镜组GR5远离第六透镜组GR6运动。第二透镜组GR2的运动提供了最大的变焦效果。像面IMG因变焦而发生的偏移通过第四透镜组GR4的运动来校正。通过使第四透镜组GR4朝向物方运动或者通过使第五透镜组GR5朝向像方运动来执行聚焦。还可通过使第四透镜组GR4及第五透镜组GR5两者都运动来执行聚焦。当发生手部抖动时，通过第六透镜组GR6在与光轴垂直的方向上运动，来消除图像因手部抖动而发生的偏移，实现所谓手部抖动补偿。第一透镜组GR1沿光轴从物方至像方依此包括负透镜Ll、具有用于使光轴弯曲90度的反射表面的棱镜L2、第一正透镜L3、以及第二正透镜L4。第一正透镜L3的表面为非球面。第二透镜组GR2沿光轴从物方至像方依此包括第一负透镜L5、包括负透镜L6及正透镜L7的胶合透镜、以及第二负透镜L8。第三透镜组GR3包括两表面均为非球面的单一正透镜L9以及邻近正透镜L9的像方布置的孔径光阑IR。第四透镜组GR4沿光轴从物方至像方依此包括具有正透镜L10及负透镜Lll的胶合透镜，正透镜L10在物方具有非球面表面。第五透镜组GR5包括单一负透镜U2。第六透镜组GR6包括在物方具有非球面表面的单一正透镜。表1示出了根据第一数值示例的变焦镜头1的透镜数据，其中将数值应用于根据第一实施例的变焦镜头1。在表1以及其他表中，"ri"表示从物方起的第i个透镜表面的曲率半径；"di"表示从物方起的第i透镜表面与第i+l透镜表面之间沿光轴的距离；"ni"表示从物方起的第i透镜表面对于D线(其波长为587.56nm)的折射率；"vi"表示从物方起第i透镜表面对于D线的阿贝数；"f"表示整个透镜系统的焦距；"Fno"表示全孔径F值；而"co"表示视角的一半。列"ri"(曲率半径)下的"INF"表示从物方起第i透镜表面为平面，而列"di"(沿光轴的距离)下的"可变"表示从物方起第i透镜表面与第i+l透镜表面之间的距离可变。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>当变焦镜头1变焦时，第一透镜组GR1与第二透镜组GR2之间的距离d8、第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的距离d15、第三透镜组GR3与第四透镜组GR4之间的距离d18、第四透镜组GR4与第五透镜组GR5之间的距离d21、以及第五透镜组GR5与第六透镜组GR6之间的距离d23发生改变。表2示出了在根据第一数值示例的镜头1处于广角端(f=1.00)、中间焦距(标准)(f=3.16)、以及摄远端(f=10.00)的情况下距离d8至d23的值。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在变焦镜头1中，第一透镜组GR1的第一正透镜L3的表面r5及r6、第三透镜组GR3的正透镜L9的表面r16及r17、第四透镜组GR4的最接近物方的表面r19、以及第六透镜组GR6的与物方邻近的表面r24为非球面。表3示出了分别由A4、A6、A8、以及A10表示的根据第一数值示例的变焦镜头1的表面r5至r24的四阶、六阶、八阶、以及十阶非球面系数。在表3中，"E-i"表示底数为10的指数函数，g卩，"10—'"。例如，"0.12345E-05"表示"0.12345xl(T5，，。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4示出了在根据第一数值示例的变焦镜头1处于广角端(f=1.00)、中间焦距(标准)(f=3.16)、以及摄远端(f=10.00)的情况下"Fno"(全孔径F值)以及"①"(视角的一半)的值。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>图2至图4每一者均示出了根据第一数值示例的变焦镜头1的球差图、像散图和畸变图。图2示出了在变焦镜头1处于广角端(f=1.00)的情况下的图。图3示出了在变焦镜头1处于中间焦距(标准)(—3.16)的情况下的图。图4示出了在变焦镜头1处于摄远端(f=10.00)的情况下的图。在球差图中，实线表示对于D线的球差，虚线表示对于C线(其波长为656.3nm)的球差，而点划线表示对于G线(其波长为435.8nm)的球差。在像散图中，实线表示在弧矢(sagittal)像面上对于D线的像散，虚线则表示在子午(meridional)像面上对于D线的像散，而在畸变图中，实线表示对于D线的畸变。如图2至图4所示，根据第一数值示例的变焦镜头1具有约10x的变焦比，并在全部焦距下显示出优良的光学性能。现在，将描述根据本发明的实施例的成像设备。根据本发明的实施例的成像设备包括变焦镜头、以及用于将由变焦镜头生成的光学图像转换为电信号的成像器件。变焦镜头沿光轴从物方至像方依此包括具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有正屈光度的第四透镜组、具有负屈光度的第五透镜组、以及具有正屈光度的第六透镜组。第一透镜组具有用于使光轴弯曲大致90度的反射构件。第一及第三透镜组在变焦镜头变焦或聚焦时在光轴上保持静止。通过使第二、第四、以及第五透镜组沿光轴运动来执行变焦。通过使第四透镜组和/或第五透镜组沿光轴运动来执行聚焦。通过使第六透镜组在与光轴大致垂直的方向上运动来执行图像偏移。第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜。由此，在使根据本发明的实施例的成像设备具有至少5x的高变焦比的同时，可以使之紧凑。图5是使用根据本发明的第一实施例的变焦镜头的数码相机的示例性结构的框图。数码相机100包括用于捕捉图像的镜头组件10、用于执行信号处理(例如所捕捉图像的图像信号的模-数转换)的相机信号处理单元20、用于执行图像信号的记录和再现处理的图像处理单元30、用于显示所捕捉图像的液晶显示器(LCD)40、用于执行从/向存储卡51读取/写入操作的读/写器(R/W)50、用于控制整个设备的中央处理单元(CPU)60、用于允许使用者输入命令的输入单元70、以及用于控制对镜头组件10中的透镜进行的驱动的透镜驱动控制单元80。镜头组件10包括具有根据本发明实施例的变焦镜头1的光学系统，以及诸如电荷耦合器件(CCD)的成像器件12。相机信号处理单元20对从成像器件12输出的信号执行诸如模数转换、噪声抑制、图像品质校正、以及转换成亮度及颜色不同的信号等信号处理。图像处理单元30根据预定图像数据格式来执行对图像信号的压縮及编码、解压及解码、以及诸如分辨率的数据规格的转换。变焦镜头1的示例除了根据上述第一实施例及第一数值示例的变焦镜头1之外，还包括根据本发明的其他实施例的变焦镜头。存储卡51包括可移除半导体存储器。读/写器50将由图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡51，并读取记录在存储卡51中的图像数据。CPU60是用于控制数码相机中的电路组件的控制处理单元，并根据来自输入单元70等的命令输入信号来控制电路组件。输入单元70例如包括用于操作快门的快门释放按钮，以及用于选择操作模式的模式选择开关。输入单元70根据使用者的操作将命令输入信号输出至CPU60。透镜驱动控制单元80根据来自CPU60的控制信号来对用于驱动变焦镜头l中的透镜的电动机(未示出)等进行控制。现将简要描述数码相机100的操作。当数码相机100处于待机状态时，在CPU60的控制下，由镜头组件IO捕获的图像的图像信号通过相机信号处理单元20输出至LCD40，图像显示于LCD40处，与经过相机的图像一样。当CPU60从输入单元70接收到命令对变焦镜头1进行变焦的命令输入信号时，CPU60向透镜驱动控制单元80输出控制信号。然后，在透镜驱动控制单元80的控制下，使变焦镜头l中预定的透镜运动。当根据来自输入单元70的命令输入信号释放镜头组件10中的快门(未示出)时，所捕获图像的图像信号从相机信号处理单元20输出至图像处理单元30，图像信号在图像处理单元30处被压縮并编码以被转换为具有预定数据格式的数字式数据。转换后的数据被输出至读/写器50，在读/写器50处数据被写入存储卡51。例如，当开门释放按钮被半压下时，或者被完全压下以完成记录时，透镜驱动控制单元80根据来自CPU60的控制信号使变焦镜头1中的预定透镜运动，并执行聚焦。为了再现记录在存储卡51中的图像数据，读/写器50响应于输入单元70的操作而从存储卡51读取预定图像数据。图像数据然后被图像处理单元30解压并解码，再现的图像信号从图像处理单元30输出至LCD40。从而显示再现的图像。当因手部抖动等而发生图像模糊时，检测单元(未示出)检测到该图像模糊。然后，透镜驱动控制单元80使手部抖动补偿透镜在消除图像模糊的方向上运动预定量。在上述变焦镜头1的情况下，透镜驱动控制单元80使第六透镜组GR6在预定方向上(即，与光轴大致垂直的方向)运动预定量。图6是示出数码相机100中的部件的示例性设置的示意性剖视图。图6示出了面向位于左侧的物体布置的数码相机100的内部。变焦镜头1容纳在相机体90中，成像器件12布置在变焦镜头1下方。LCD40设置在相机体90面对拍摄者的表面上，由此拍摄者能够使用LCD40来在拍摄期间调整视角、再现图像、或确认设定信息等。根据本发明的第一实施例的变焦镜头1利用棱镜来使来自物体的光的光轴弯曲。通过沿弯曲光的方向(图6中的竖直方向，以及图1中的水平方向)使预定透镜运动，可以完成变焦及聚焦。这允许数码相机100进行拍摄而无需使变焦镜头1从相机体90伸出，由此可以减小相机体90在拍摄期间的厚度。此外，设计以符合上述条件的变焦镜头1允许进一步减小相机体90的尺寸。因此，可以提供带有变焦镜头的数码相机，该变焦镜头具有大于5x的高变焦比并能够在全部焦距内几乎没有像差地捕获高品质图像。在上述实施例中，本发明的成像设备应用于数码相机。但是，本发明的成像设备还可应用于诸如视频摄像机的其他类型的成像设备。在上述实施例以及数值示例中提供的部件的形状以及数值仅是示例，不应认为对本发明的技术范围的限制。本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素，在所附权利要求及其等同形式的范围内，可以出现各种变更、组合、子组合和替换形式。相关申请的交叉引用本说明书包含与2007年4月11日递交至日本特许厅的日本专利申请JP2007-104042相关的主题，其全部内容通过引用而结合于本说明书中。权利要求1.一种变焦镜头，沿光轴从物方至像方依次包括第一透镜组，具有正屈光度；第二透镜组，具有负屈光度；第三透镜组，具有正屈光度；第四透镜组，具有正屈光度；第五透镜组，具有负屈光度；以及第六透镜组，具有正屈光度，其中，所述第一透镜组包括反射构件，所述反射构件用于使所述光轴弯曲大致90度，其中，所述第一及第三透镜组在所述变焦镜头进行变焦或聚焦时在所述光轴上保持静止，其中，通过使所述第二、第四、及第五透镜组沿所述光轴运动来执行变焦，其中，通过使所述第四透镜组和/或所述第五透镜组沿所述光轴运动来执行聚焦，其中，通过使所述第六透镜组在与所述光轴大致垂直的方向上运动来执行图像偏移，并且其中，所述第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜。2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组沿所述光轴从所述物方至所述像方依次包括负透镜、具有用于使所述光轴弯曲90度的反射表面的棱镜、第一正透镜、以及第二正透镜，并且其中，所述第一及第二正透镜其中至少一者是非球面透镜。3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜组沿光轴从所述物方至所述像方依次包括第一负透镜、具有负透镜及正透镜的胶合透镜、以及第二负透镜。4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组包括孔径光阑以及邻近所述孔径光阑布置的单一正透镜。5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组包括具有正透镜及负透镜的胶合透镜。6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第五透镜组包括单一负透镜。7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第六透镜组包括单一正透镜。8.—种成像设备，包括变焦镜头；以及成像器件，用于将由所述变焦镜头生成的光学图像转换为电信号，其中，所述变焦镜头沿光轴从物方至像方依次包括具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有正屈光度的第四透镜组、具有负屈光度的第五透镜组、以及具有正屈光度的第六透镜组，其中，所述第一透镜组包括反射构件，所述反射构件用于使所述光轴弯曲大致90度，其中，所述第一及第三透镜组在所述变焦镜头进行变焦或聚焦时在所述光轴上保持静止，其中，通过使所述第二、第四、及第五透镜组沿所述光轴运动来执行变焦，其中，通过使所述第四透镜组和/或所述第五透镜组沿所述光轴运动来执行聚焦，其中，通过使所述第六透镜组在与所述光轴大致垂直的方向上运动来执行图像偏移，并且其中，所述第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜。全文摘要本发明公开了一种变焦镜头以及成像设备。根据本发明的变焦镜头沿光轴从物方至像方依次包括分别具有正、负、正、正、负、正屈光度的第一至第六透镜组。所述第一透镜组包括用于使所述光轴弯曲大致90度的反射构件。所述第一及第三透镜组在所述变焦镜头进行变焦或聚焦时在所述光轴上保持静止。通过使所述第二、第四、及第五透镜组沿所述光轴运动来执行变焦。通过使所述第四透镜组和/或所述第五透镜组沿所述光轴运动来执行聚焦。通过使所述第六透镜组在与所述光轴大致垂直的方向上运动来执行图像偏移。所述第四透镜组包括单一正透镜及单一负透镜。文档编号G02B9/00GK101285929SQ20081008967公开日2008年10月15日申请日期2008年4月11日优先权日2007年4月11日发明者松井拓未申请人:索尼株式会社