变焦镜头和成像设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有高可变放大倍率同时能够减小尺寸、高性能以及具有照相机震动校正功能的变焦镜头。变焦镜头从物体侧顺序地包括正的第一透镜组(1G)、负的第二透镜组(2G)、正的第三透镜组(3G)、正的第四透镜组(4G)和负的第五透镜组(5G)。当放大倍率从广角端变化到长焦端时，从第一透镜组(1G)至第五透镜组(5G)的每一个透镜组之间的距离改变，并且所有透镜组相对于成像位置移动。当聚焦时，仅第五透镜组(5G)移动。第三透镜组(3G)从物体侧顺序地包括具有正屈光力的3a透镜组(3Ga)和具有负屈光力的3b透镜组(3Gb)，并被形成为使得通过仅使3b透镜组在垂直于光轴的方向上移动来实现照相机震动校正。
【专利说明】变焦镜头和成像设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在诸如数字照相机、摄影机、广播用摄像机、监视照相机等中使用的具有高可变放大倍率的变焦镜头、一种具有照相机震动校正功能的变焦镜头和一种包括该变焦镜头的成像设备。
【背景技术】
[0002]传统地，变焦镜头基本上包括从物体侧顺序布置的:具有正屈光力的第一透镜；具有负屈光力的第二透镜；具有正屈光力的第三透镜；具有正屈光力的第四透镜、和具有负屈光力的第五透镜，并被已知为具有相对较大可变放大倍率的变焦镜头。具有这种透镜结构的变焦镜头被已知为适于同时实现高可变放大倍率和尺寸减小(参见专利文献1、2和3)。
[0003]当变焦镜头具有用于防止由于振动、照相机震动等导致的图像模糊的“照相机震动校正功能”时，已知一种大致由从物体侧顺序地布置的具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、和具有正屈光力的第四透镜组构成的变焦镜头，其中第三透镜组包括两个组，一组具有正屈光力，而另一组具有负屈光力，并且第三透镜组通过使具有负屈光力的一组在垂直于光轴的方向上移动来呈现照相机震动校正效果(参见专利文献4)。
[0004][现有技术文献]
[0005][专利文献I]
[0006]日本未审查专利公开N0.4(1992)-070707
[0007][专利文献2]
[0008]日本未审查专利公开N0.9(1997)-197271
[0009][专利文献3]
[0010]日本未审查专利公开N0.11(1999)-064728
[0011][专利文献4]
[0012]日本未审查专利公开N0.2011-166208
【发明内容】
[0013]近年来，需要一种具有照相机震动校正功能的并且为紧凑的但具有高可变放大倍率的变焦镜头，例如，具有超过12倍的高可变放大倍率但是仍然紧凑并且具有高性能的变焦镜头。
[0014]然而，传统已知的紧凑且高性能变焦镜头(例如，专利文献1-3中所公开的变焦镜头)具有小于10倍的可变放大倍率，并且不能具有高可变放大倍率。
[0015]鉴于上述情况已经形成了本发明。本发明的目的是提供一种具有高可变放大倍率但仍然是紧凑的、能够具有高性能并具有照相机震动校正功能的变焦镜头以及一种包括该变焦镜头的成像设备。[0016]本发明的变焦镜头基本上包括:
[0017]具有正屈光力的第一透镜组；
[0018]具有负屈光力的第二透镜组；
[0019]具有正屈光力的第三透镜组；
[0020]具有正屈光力的第四透镜组；和
[0021]具有负屈光力的第五透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从变焦镜头的物体侧顺序地布置，
[0022]其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，在所有透镜组相对于成像位置移动的同时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化，
[0023]其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧；
[0024]第三透镜组包括从物体侧顺序地布置的具有正屈光力的第三a透镜组和具有负屈光力的第三b透镜组；以及
[0025]仅第三b透镜组在垂直于光轴的方向上移动以实现照相机震动校正。
[0026]变焦镜头可以基本上由五个透镜组构成。在这种情况下，表述“变焦镜头基本上由η个透镜组构成”表示除了 η个透镜组之外还包括下述的变焦镜头:基本上没有任何屈光力的透镜；除了透镜之外的诸如孔径和玻璃罩的光学元件；和诸如透镜法兰、透镜桶、成像元件和照相机震动校正机构的机械部件。
[0027]进一步地，理想的是变焦镜头100满足公式(M):-2.00<f3a/f3b<-0.85，并且更理想地满足公式(M' ):-l.00<f3a/f3b<-0.85，其中f3a是第三a透镜组的焦距，以及f3b是第三b透镜组的焦距。
[0028]第三b透镜组可以基本上由一个负透镜和一个正透镜构成。
[0029]第三b透镜组可以由两个单透镜构成，并且至少一个表面可以是非球面透镜。
[0030]本发明的成像设备配备有本发明的变焦镜头。
[0031]根据本发明的变焦镜头和包括该变焦镜头的设备基本上包括:
[0032]具有正屈光力的第一透镜组；
[0033]具有负屈光力的第二透镜组；
[0034]具有正屈光力的第三透镜组；
[0035]具有正屈光力的第四透镜组；和
[0036]具有负屈光力的第五透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从变焦镜头的物体侧顺序地布置，
[0037]其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化，使得所有透镜组相对于成像位置移动，
[0038]其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧；以及[0039]其中第三透镜组包括从物体侧顺序地布置的具有正屈光力的第三a透镜组和具有负屈光力的第三b透镜组；以及
[0040]仅第三b透镜组在垂直于光轴的方向上移动以实现照相机震动校正，从而使得变焦镜头能够具有高可变放大倍率，但仍然是紧凑的并且能够具有高性能以及具有照相机震动校正功能。
[0041]因此，例如，可以构造在超过75°的广角端处具有全视场角(即，大视场角)并进一步具有超过12倍的高可变放大倍率但仍然是紧凑的并能够具有高性能以及具有照相机震动校正功能的变焦镜头。
[0042]更具体地，与传统已知的变焦镜头(由从物体侧顺序地布置的四个透镜组构成的变焦镜头:具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、和具有负屈光力的第四透镜组)相比较，本发明的如上所述构造而成的变焦镜头可以有助于防止在变焦中间范围性能振动。
[0043]进一步地，当将聚焦位置从无穷远侧朝向近侧改变时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧。这能够减小聚焦组(第五透镜组)的尺寸和重量，从而减小聚焦机构的负担，并实现闻速聚焦。
[0044]进一步地，通过仅使构成第三透镜组的第三b透镜组在垂直于光轴的方向上移动来实施照相机震动校正，这能够在传输这个光通量通过第三b透镜组之前，通过第三a透镜组的正屈光力实现光通量直径的减小。因此，第三b透镜组的有效直径可以变小，这可以减小照相机震动校正组(第三b透镜组)的重量。这可以实现用于能够使第三b透镜组在垂直于光轴的方向上移动的照相机震动校正机构的负担的减小。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是显示根据本发明的一个实施例的变焦镜头的结构和包括该变焦镜头的成像设备的示意性剖视图；
[0046]图2A是显示示例I的变焦镜头的剖视图；
[0047]图2B是显示示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0048]图3A是显示示例2的变焦镜头的剖视图；
[0049]图3B是显示示例2的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0050]图4A是显示示例3的变焦镜头的剖视图；
[0051]图4B是显示示例3的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0052]图5A是显示示例4的变焦镜头的剖视图；
[0053]图5B是显示示例4的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0054]图6A是显示示例5的变焦镜头的剖视图；
[0055]图6B是显示示例5的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；[0056]图7是示例I的畸变图；
[0057]图8是示例2的畸变图；
[0058]图9是示例3的畸变图；
[0059]图10是示例4的畸变图；以及
[0060]图11是示例5的畸变图。
【具体实施方式】
[0061]在下文中，以下将参照附图描述本发明的变焦镜头和包括该变焦镜头的成像设备。
[0062]图1是显示根据本发明的一个实施例的变焦镜头的结构和包括该变焦镜头的成像设备的示意性剖视图。
[0063]如图所示的变焦镜头100具有高可变放大倍率，但仍然是紧凑的、能够具有高性能并具有照相机震动校正功能。配备有该变焦镜头100的成像设备200用作数字静止相机、摄像机、监视相机等。
[0064]变焦镜头100从物体侧(图的-Z侧)顺序地包括:具有正屈光力的第一透镜组1G、具有负屈光力的第二透镜组2G、具有正屈光力的第三透镜组3G、具有正屈光力的第四透镜组4G和具有负屈光力的第五透镜组5G。
[0065]当从广角端变焦到长焦端(连续改变放大倍率)时，在所有透镜组1G-5G相对于作为变焦镜头100的成像位置的成像表面Mk移动的同时，变焦镜头100始终增加第一透镜组IG与第二透镜组2G之间的距离δ 12、始终减小第二透镜组2G与第三透镜组3G之间的距离823、始终减小第三透镜组3G与第四透镜组4G之间的距离834、以及改变第四透镜组4G与第五透镜组5G之间的距离845。
[0066]进一步地，以上变焦镜头100被设计为当聚焦点从无穷远侧移动到近侧时仅仅使第五透镜组5G移动到图像侧以实现聚焦。第三透镜组3G被构造成从物体侧顺序地包括具有正屈光力的第三a透镜组3Ga和具有负屈光力的第三b透镜组3Gb，并且仅第三b透镜组3Gb在垂直于光轴的方向上移动，这使得照相机震动校正功能能够工作。
[0067]垂直于光轴的方向表示垂直于光轴Zl的方向和在X-Y平面中延伸的方向。
[0068]这样，变焦镜头100的基本结构如上所述。
[0069]进一步地，理想的是变焦镜头100满足公式(M):-2.00<f3a/f3b<-0.85，并且更理想地满足公式(M' ):-l.00<f3a/f3b<-0.85，其中f3a是第三a透镜组3Ga的焦距，以及f3b是第三b透镜组3Gb的焦距。
[0070]公式(M)调节第三a透镜组3Ga的焦距与第三b透镜组3Gb的焦距的比值。如果变焦镜头100被构造成使得f3a/f3b低于由公式(M)限定的下限，则第三b透镜组3Gb的负屈光力将增加，使得第三b透镜组3Gb在垂直于光轴的方向上的移动量(这是照相机震动校正所必需的)将被过度减小。这将导致变得难以相对于微振动控制照相机震动校正组(第三b透镜组3Gb)的问题。如果变焦镜头被构造成使得f3a/a31J9值超过由公式(M)限定的上限，则第三b透镜组3bG的负屈光力将减小，并且照相机震动校正所必需的第三b透镜组3Gb的移动量将过度增加，这会导致照相机震动校正机构的尺寸变大的问题。
[0071]理想的是变焦镜头100的第三b透镜组3Gb基本上由一个负透镜和一个正透镜构成。这能够校正在校正照相机震动时发生的偏心色像差，同时实现第三b透镜组3Gb的尺寸和重量的减小，从而减小了照相机震动校正机构的负担。
[0072]进一步地，理想的是变焦镜头100的第三b透镜组3Gb基本上由两个单透镜构成，并且对于至少一个表面来说具有非球面透镜。这能够校正在校正照相机震动时发生的偏心色像差，同时保持良好的光学性能。
[0073]图1中所示的成像设备200包括变焦镜头100和成像元件210,所述成像元件210由对通过变焦镜头100形成的光学图像Hk (表示对象H的光学图像)进行成像的(XD、CM0S等构成。成像元件210的成像表面211是成像镜头100的成像位置(成像表面Mk)。
[0074]在这种情况下，光学构件Dg设置在最靠近图像侧透镜(如由图1的变焦镜头100中的项Se表示)与成像表面211之间。
[0075]可以采用各种光学构件作为光学构件Dg，这取决于配备有成像镜头100的成像设备200的结构。例如，可以设置对应于成像表面保护玻璃罩、红外线切除滤光器、ND滤光器等的单个或多个构件。
[0076]在下文中，将具体地参照图2A、2B-6A、6B、7_11等描述本发明的变焦镜头的示例1-5。
[0077]示例1-5的每一个变焦镜头满足变焦镜头100的结构并包括以下组件。
[0078]示例1-5的每一个变焦镜头包括由三个透镜构成的第一透镜组1G、由四个透镜构成的第二透镜组2G、由五个透镜构成的第三透镜组3G、由三个透镜构成的第四透镜组4G和由两个透镜构成的第五透镜组5G。
[0079]在第一透镜组IG中，第一组第一透镜L1、第一组第二透镜L2和第一组第三透镜L3从物体侧顺序地布置。
[0080]进一步地，在第二透镜组2G中，第二透镜组第一透镜L4、第二透镜组第二透镜L5、第二透镜组第三透镜L6和第二透镜组第四透镜L7从物体侧顺序地布置。
[0081]进一步地，在第三透镜组3G中，第三透镜组第一透镜L8、第三透镜组第二透镜L9、第三透镜组第三透镜L10、第三透镜组第四透镜LI I和第三透镜组第五透镜L12从物体侧顺序地布置。
[0082]在第四透镜组4G中，第四透镜组第一透镜L13、第四透镜组第二透镜L14和第四透镜组第三透镜L15从物体侧顺序地布置。
[0083]进一步地，在第五透镜组5G中，第五组第一透镜L16和第五组第二透镜L17从物体侧顺序地布置。
[0084]基本上由如上所述的五个透镜构成的第三透镜组3G被构造成具有最靠近物体侧布置的三个透镜(具有正屈光力的第三a透镜组3aG)和最靠近图像侧布置的两个透镜(第三b透镜组3bG)。第三b透镜组3bG被构造成可在垂直于光轴(XY平面延伸的方向)的方向上移动，这能够使照相机震动校正功能工作。
[0085]在这种情况下，第三a透镜组3aG基本上由第三组第一透镜L8、第三组第二透镜L9和第三组第三透镜LlO构成，而第三b透镜组3bG基本上由第三组第四透镜Lll和第三组第五透镜L12构成。
[0086]孔径光阑St设置在第二透镜组2G与第三透镜组3G之间，并被设计成在改变放大倍率时与第三透镜组3G —体地沿光轴方向Zl移动。[0087]< 示例 1>[0088]图2A和2B示出了示例I的变焦镜头。图2A是显示示例I的变焦镜头的结构的详细图。图2B示出了其中在上部处示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端(如由图中的“广角端”所示)的状态和其中在下部处示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端(如由图中的“长焦端”所示)的状态。进一步地，箭头表示分别当放大倍率从广角端变化到长焦端时透镜组的移动路径。[0089]在示例I的变焦镜头的第五透镜组5G中，两个透镜(即，负透镜和正透)从物体侧顺序地布置。[0090]进一步地，随后所述的表1显示了与示例I的变焦镜头有关的各种数据。表1A的上部显示透镜数据，中部显示变焦镜头的示意性规格，而底部显示每一个透镜组的焦距。[0091]在表1A的上部处的透镜数据中，表面编号i表示第i(i = 1、2、3......)个个透镜表面等，并且编号从最靠近物体侧朝向图像侧序列地增加。孔径光阑St和光学构件Dg也被列在这些透镜数据中。[0092]曲率半径Ri表示第i(i=l、2、3……)个表面的曲率半径。表面之间的距离Di(i=1、2、3……)表示第i个表面与第(i+1)个表面之间在光轴Zl上的距离。透镜数据中的项Ri和项Di对应于表示透镜表面等的项Si (i = 1、2、3……)。[0093]在表面(i = 1、2、3......)之间的距离Di的列中，存在列出了表示表面之间的距离的数字值的情况和列出了 Dm(m是整数)的情况。项Dm中的数字对应于表面之间的距离(空间距离)、透镜组之间的距离，并且表面之间的距离(空间距离)基于可变放大倍率(变焦放大倍率)而改变。[0094]进一步地,项Nj表示第j (j=l、2、3......)个光学元件相对于587.6nm波长(d线)的折射率，并且所示数字从物体侧朝向图像侧序列地增加。项Vj表示第j个光学元件基于d线的阿贝数。[0095]在表1A的透镜数据中，曲率半径和表面之间的距离的单位是毫米。当凸面面向物体侧时，曲率半径为正，而当凸面面向图像侧时，曲率半径为负。[0096]如上所述的光学系统在诸如透镜等的光学元件的尺寸成比例地增加或减小的任一情况下整体能够保持预定性能水平，因此其中整个透镜数据的数字成比例增加或减小的变焦镜头也可以是与本发明有关的示例。[0097]表1A的中部表示广角端(WIDE)、可变放大倍率的中间(MID)和长焦端(TELE)的每一个值，即透镜组之间的距离:D5、D13、D23、D28和D32 ；f:整个透镜系统的焦距(每一个值的单位为毫米)；Fno:F数；和2ω:整个视场角(单位为“。”)。[0098]进一步地，表1A的底部表示每一组的焦距。在这种情况下，f1:第一透镜组IG的焦距，f2:第二透镜组2G的焦距，f3:第三透镜组3G的焦距，f4:第四透镜组4G的焦距，f5:第五透镜组5G的焦距，f3a:第三a透镜组3aG的焦距，和f3b:第三b透镜组3bG的焦距。[0099]表1A中描述的术语“第三b组(OIS) ” (0IS光学图像稳定性)表示能够通过允许第三b透镜组3bG在垂直于光轴的方向(在XY平面延伸的方向)上移动来实现照相机震动校正功能的性能。[0100][表1A][0101]示例 1
【权利要求】
1.一种变焦镜头，基本上包括: 具有正屈光力的第一透镜组； 具有负屈光力的第二透镜组； 具有正屈光力的第三透镜组； 具有正屈光力的第四透镜组；和 具有负屈光力的第五透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从变焦镜头的物体侧顺序地布置， 其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，在所有透镜组相对于成像位置移动的同时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化， 其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组朝向图像侧移动；其中第三透镜组包括从物体侧顺序地布置的具有正屈光力的第三a透镜组和具有负屈光力的第三b透镜组；以及 仅第三b透镜组在垂直于光轴的方向上移动以实现照相机震动校正。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足以下公式(M):
-2.00<f3a/f3b<-0.85 (M)，其中 f3a是第三a透镜组的焦距；以及 f3b是第三b透镜组的焦距。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中满足以下公式(M'):
-1.00<f3a/f3b<-0.85 (M; ) O
4.根据权利要求1-3中任一项所述的变焦镜头，其中第三b透镜组包括一个负透镜和一个正透镜。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的变焦镜头，其中第三b透镜组包括两个单透镜并具有至少一个非球面表面。
6.—种成像设备,包括: 根据权利要求1-5中任一项所述的变焦镜头。
【文档编号】G02B13/18GK103635846SQ201280030053
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2011年6月21日
【发明者】田中刚, 长伦生 申请人:富士胶片株式会社