专利名称：变焦镜头和摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全新的变焦镜头和摄像装置。详细地说，涉及一种能用可变顶角棱镜进行像移，并且实现小型化和高性能化的技术。
背景技术：
以往，作为照相机中的记录方法，公知有如下的方法通过使用了CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补型金属氧化物半导体)等光电转换元件的摄像元件，由各光电转换元件将被摄物体像的光量转换成电输出，从而记录形成于摄像元件表面上的被摄物体像。
随着近年来微细加工技术的技术进步，谋求中央运算处理装置(CPU)的高速化、存储介质的高集成化，已经可以高速处理之前所不能处理的大容量的图像数据。此外，在受光元件中也谋求高集成化、小型化；通过高集成化，可记录更高的空间频率；通过小型化，可谋求照相机整体的小型化。
但是，由于上述高集成化、小型化，因此存在各个光电转换元件的受光面积小，噪声的影响随着电输出的下降而增大这样的问题。为了防止这样的问题，或者通过光学系统的大口径比化来增大到达受光元件上的光量，或者在各元件的前方并与其相邻地配置微小的透镜元件(所谓，微透镜阵列)。上述微透镜阵列将到达相邻元件彼此之间的光束引导到元件上，但对透镜系统的出射光瞳位置给予制约。其原因是当透镜系统的出射光瞳位置靠近受光元件，即到达受光元件的主光线与光轴所成的角度增大时，朝向图像周边部的轴外光束与光轴所成的角度大，其结果是未到达受光元件上而引起光量不足。
作为适于由这些光电转换元件记录被摄物体像的摄像机、数字式静止画面照相机的变焦镜头，例如公知的有正负正正4组变焦镜头。
正负正正4组变焦镜头是从物体侧依次排列具有正的光焦度的第1透镜组、具有负的光焦度的第2透镜组、具有正的光焦度的第3透镜组及具有正的光焦度的第4透镜组而构成；在镜头位置从广角端状态变化到望远端状态时，第1透镜组和第3透镜组在光轴方向上被固定，通过第2透镜组向像侧移动而实现变倍作用，第4透镜组起到补偿因第2透镜组的移动而产生的像面位置的变动的作用。具体公知的有日本特开平6-337353号公报中所述的正负正正4组变焦镜头。
可是，在变焦比大的变焦镜头中存在这样的问题由于望远端状态下的视场角变窄，因此即使微小的手抖动，也会产生较大的像抖动。
作为修正该手抖动等引起的像抖动的手抖动修正方式，公知有光学式手抖动修正系统。
在光学式手抖动修正系统中，通过组合检测系统、控制系统、驱动系统和光学系统，可以通过伴随光学系统的位移而产生的像的抖动来抵销、修正伴随摄像机的抖动而产生的像抖动。上述检测系统用于检测伴随快门按钮操作所引起的手抖动而产生的摄像机的抖动，上述控制系统基于从检测系统输出的信号给予驱动系统位移，上述驱动系统基于来自控制系统的输出来驱动光学系统，上述光学系统在被驱动系统给予位移时能够进行像移。
在用于这些光学式手抖动修正系统的光学系统中，公知有使透镜系统的一部分沿垂直于光轴的方向移动的透镜移动方式，或者使配置于透镜系统前方并与其相邻的位置的棱镜的顶角变化的可变顶角棱镜方式等方法。
在透镜移动方式中，为了抑制在使规定的透镜移动时产生的光学性能的变化，需要增加透镜片数、将透镜保持在空中(中立位置)，故存在着难以节电这样的问题。
在可变顶角棱镜方式中不存在上述的透镜移动方式中的问题。
在可变顶角棱镜方式中有将可变顶角棱镜配置于光学系统中最靠近物体侧和将可变顶角棱镜配置于光学系统之中这两种方式。
作为将可变顶角棱镜配置于光学系统中最靠近物体的侧的例子，有日本特开昭51-40942号公报中所示的光学系统。
在将可变顶角棱镜配置于最靠近物体侧的情况下，具有相对于使顶角变化的量的视场角的变化不依存于变焦镜头的焦距这样的特征。在修正因随手抖动等产生的摄像机抖动所引起的像抖动的情况下，有能够不依存于变焦镜头的焦距而控制顶角的优点。但是，另一方面，因为在望远端状态下产生更大的像抖动，故当变焦比增大时，在望远端状态下会使停止精度变得非常高，存在要求驱动机构的高精度化这样的问题。
此外，因为可变顶角棱镜配置于透镜直径大的第1透镜组的物体侧，故入射到可变顶角棱镜的光束的直径较大，其结果，存在可变顶角棱镜本身非常大型化这样的问题。而且，为了使操作者的手不直接接触可变顶角棱镜，需要采用保护玻璃的配置等保护方法。因为这些，小型化存在极限。
对此，作为将可变顶角棱镜配置于光学系统中的例子，公知的有日本特开昭62-153816号公报、日本特开平2-168223号公报、日本特开平10-246855号公报、日本特开平11-44845号公报等中所示的方式。
在日本特开昭62-153816号公报所示的光学系统中，将可变顶角棱镜配置于成为平行光束的部分。在日本特开平2-168223号公报所示的光学系统中，将可变顶角棱镜配置于主透镜组的前面。在日本特开平10-246855号公报、日本特开平11-44845号公报所示的光学系统中，将可变顶角棱镜配置于孔径光阑附近。
在这些日本特开昭62-153816号公报、日本特开平2-168223号公报、日本特开平10-246855号公报、日本特开平11-44845号公报所示的光学系统中，因为轴上光束以近似于平行光的状态入射到可变顶角棱镜上，故具有可减少使棱镜角变化时的轴上像差的变动这样的特征。
发明内容
可是，通过光学系统的光束被透镜折射后到达像面。因此，朝向图像中心部的光束或发散、或收敛地到达像面。同时，朝向图像周边部的主光线使与光轴所成的角度变化后到达像面。
因此，在将可变顶角棱镜配置于光学系统之中的情况下，与配置于比第1透镜组更靠近物体侧的情况相比，具有可小型化的优点，但存在产生彗差、色差变动、或者产生梯形畸变这样的问题。
特别是，当产生梯形畸变时，因为即使在图像中心部良好地修正像抖动，在图像周边部仍无法修正像抖动，故是致命的问题。而且，在光束不是平行光的情况，在主光线与光轴呈较大角度的位置，处于显著产生该梯形畸变的倾向。
因此，本发明的目的在于提供一种变焦镜头和使用该变焦镜头的摄像装置；该变焦镜头解决了上述问题，可使透镜直径小型化，抑制像移时产生的诸像差的变动。
为了解决上述课题，本发明的变焦镜头具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧；上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和出射平面中的至少一方的面可相对于光轴够倾斜运动；通过使上述可倾斜运动的平面倾斜，使摄影范围移动规定量；上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑和后侧透镜组而构成的；设b为广角端状态下的后侧透镜组的光焦度，设为广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度，设Bf为望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离，设FNO为望远端状态下的光圈数(F数)，令Ymax为最大像高， 满足条件式(1)0.25＜b/＜0.8和条件式(2)3＜Bf·FNO/Ymax。
因而，在本发明的变焦镜头中，通过使上述棱镜的可倾斜运动的平面倾斜，从而使摄影范围移动。
此外，本发明的摄像装置具有上述的本发明的变焦镜头、摄像元件、手抖动检测单元、手抖动控制单元和手抖动驱动部；上述摄像元件将由上述变焦镜头形成的光学像转换成电信号；上述手抖动检测单元检测上述摄像元件的抖动；上述手抖动控制单元算出抖动修正角并发送修正信号，上述抖动修正角用于修正由上述手抖动检测单元检测出的摄像元件的抖动引起的图像抖动，上述修正信号使上述变焦镜头成为按对应于上述抖动修正角的量来移动摄影范围的规定状态；上述手抖动驱动部基于上述修正信号使变焦镜头成为规定状态。
因而，在本发明的摄像装置中，当摄像元件产生抖动时，使棱镜的可倾斜运动的平面倾斜，使得按照抵销因该摄像元件的抖动而产生的摄影范围的抖动所需的规定量，来使摄影范围移动。
本发明的变焦镜头的特征在于具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧，上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝向像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和上述出射平面中的至少一方的面是可相对于光轴倾斜运动；通过将上述能够倾斜运动的平面倾斜而使摄影范围移动规定量；上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑、后侧透镜组而构成的；满足以下条件式(1)、(2)；(1)0.25＜b/＜0.8，(2)3＜Bf·FNO/Ymax；该式中，b广角端状态下的后侧透镜组的光焦度，广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度，Bf望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离，FNO望远端状态下的光圈数，Ymax最大像高。
因而，在本发明的变焦镜头中，通过将棱镜配置于光学系统的最靠近像的一侧，可以谋求棱镜的小型化，进而谋求光学系统本身的小型化。而且，还可以抑制彗差、梯形畸变的产生。
本发明的摄像装置具有变焦镜头、摄像元件、手抖动检测单元、手抖动控制单元和手抖动驱动部；上述摄像元件将由上述变焦镜头形成的光学像转换成电信号；上述手抖动检测单元检测上述摄像元件的抖动；上述手抖动控制单元算出抖动修正角并发送修正信号，上述抖动修正角用于修正由上述手抖动检测单元检测出的摄像元件的抖动所引起的图像抖动，上述修正信号使上述变焦镜头成为按对应于上述抖动修正角的量来移动摄影范围的规定状态；上述手抖动驱动部基于上述修正信号使变焦镜头成为规定状态；其特征在于，上述变焦镜头具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧；上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和上述出射平面中的至少一方的面可相对于光轴倾斜运动；通过将上述可倾斜运动的平面倾斜而使摄影范围仅移动规定量；上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑和后侧透镜组而构成的；满足以下条件式(1)、(2)(1) 0.25＜b/＜0.8，(2) 3＜Bf·FNO/Ymax；该式中，b广角端状态下的后侧透镜组的光焦度，广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度，Bf望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离，FNO望远端状态下的光圈数，Ymax最大像高。
因而，在本发明的摄像装置中，通过使用本发明的变焦镜头，实现了小型化的结构，同时可修正抖动，并且可得到高质量的图像。
在技术方案2所述的发明中，上述前侧透镜组和上述后侧透镜组中都具有至少1个的在镜头位置状态从广角端状态变化到望远端状态时可动的透镜组；令DS为广角端状态下的从孔径光阑到像面的沿光轴的距离，令TL为广角端状态下的从变焦镜头的最靠近物体侧的透镜面到像面的沿光轴的距离，满足条件式(3)0.4＜Ds/TL＜0.7，所以可以进一步谋求透镜直径的小型化与高性能化的平衡。
在技术方案3所述的发明中，上述棱镜由从物体侧依次布置的第1平行平板、液体、第2平行平板构成，使上述第1平行平板的物体侧透镜面为入射平面，使上述第2平行平板的像侧透镜面为出射平面，所以可以简化可变顶角棱镜的结构。
在技术方案4所述的发明中，上述棱镜由从物体侧依次布置的第1透镜和第2透镜构成；上述第1透镜的物体侧透镜面是成为入射平面的平面，上述第2透镜的像侧透镜面是成为出射平面的平面；上述第1透镜的像侧透镜面与上述第2透镜的物体侧透镜面由具有相同的曲率半径的曲面构成，这些曲面直接或隔着摩擦降低介质可滑动地相接触，所以可以减少单位驱动量下的顶角变化量，从而可进行更精密的控制。
图1是表示本发明的变焦镜头的第1实施方式的光焦度配置与变倍时的各透镜组是否可动和移动轨迹的图。
图2是表示第1实施方式的变焦镜头的透镜结构的图。
图3与图4～图6一起表示将具体的数值应用于第1实施方式的数值实施例1的各种像差图，本图表示广角端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差及垂轴像差。
图4表示望远端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差和垂轴像差。
图5表示广角端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图6表示望远端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图7是表示本发明的变焦镜头的第2实施方式的光焦度配置与变倍时的各透镜组是否可动和移动轨迹的图。
图8是表示第2实施方式的变焦镜头的透镜结构的图。
图9与图10～图12一起表示将具体的数值应用于第2实施方式的数值实施例2的各种像差图，本图表示广角端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差和垂轴像差。
图10表示望远端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差和垂轴像差。
图11表示广角端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图12表示望远端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图13是表示本发明的变焦镜头的第3实施方式的光焦度配置与变倍时的各透镜组是否可动和移动轨迹的图。
图14是表示第3实施方式的变焦镜头的透镜结构的图。
图15与图16～图18一起表示将具体的数值应用于第3实施方式的数值实施例3的各种像差图，本图表示广角端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差和垂轴像差。
图16表示望远端状态下的球面像差、像散像差、畸变像差和垂轴像差。
图17表示广角端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图18表示望远端状态下的、修正了相当于0.5度的像抖动的状态时的垂轴像差。
图19与图20一起表示棱镜的具体例子，本图是概略剖视图。
图20是省略一部分地表示的概略立体图。
图21与图22一起表示棱镜的另一个具体例子，本图是概略主视图。
图22是主视图中央纵剖视图。
图23是表示本发明的摄像装置的实施方式的框图。
图24是说明本发明的变焦镜头的概念的图。
图25与图26一起说明条件式(1)的概念，本图说明超过了上限值的状态。
图26说明低于下限值的状态。
具体实施例方式
下面，参照
用于实施本发明的变焦镜头和摄像装置的最佳方式。
本发明的变焦镜头被构成为具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧；上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和上述出射平面中的至少一方平面可相对于光轴倾斜运动；通过使上述能够倾斜移动的平面倾斜，使摄影范围仅移动规定量，上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑和后侧透镜组而构成的。
在本发明的变焦镜头中，将(可变顶角)棱镜配置于最靠近像侧的一侧，通过使顶角变化，对朝向像面的光束进行偏转作用，使摄影范围移动。
首先，如上所述，通过将棱镜配置于光学系统的最靠近像的一侧，可以谋求棱镜的小型化，进而可使光学系统本身小型化。
接着，当通过棱镜的主光线与光轴所成的角度增大时，会产生梯形畸变，但是在本发明的变焦镜头中，通过满足上述条件式(1)，使出射光瞳位置为按照需要且充分地离开像面的位置，从而使通过棱镜的主光线与光轴所成的角度近于零，可以抑制梯形畸变的产生。
而且，在将棱镜配置于变焦镜头的最靠近像的一侧的情况下，因为顶角的变化量随着焦距的增大而增大，故存在容易产生彗差这样的问题，在本发明的变焦镜头中，通过增大从棱镜到像面的距离，即使倾角较小，像也较大地移动，避免了顶角的变化量增大，抑制了彗差的产生。
但是，如上所述，当顶角的角度θ增大时，会产生彗差，故为了抑制得到规定的像移量所需的顶角的角度θ，需要增大从棱镜到像面的距离(＝L)，但当上述距离L过大时，会引起光学系统大型化。
上述彗差的量依存于变焦镜头的光圈数(口径比)。设光圈数为FNO时，轴上光束向入射平面入射的入射最大角θF可以用θF＝tan-1(1/2FNO)来计算。
此时，当棱镜顶角的角度θ与入射最大角θF之比θF/θ增大时，彗差的产生量增大，故在本发明的变焦镜头中，通过减小θF/θ，从而抑制了使棱镜的顶角变化时产生的彗差的量。
在图24中表示本发明的变焦镜头的概念。
从变焦镜头a射出的轴上光束b通过棱镜c，到达像面d。此时，使入射平面e固定，出射平面f仅按倾斜角θ[rad]倾斜时的像移量δy可以用δy＝L·θ(n-1)来表达。式中，L是从出射平面f到像面d的距离，n是棱镜3的光焦度。
在获得规定的像移量δy的情况下，越加长从棱镜c到像面d的距离L，越能减小棱镜顶角的角度θ。
因此，在本发明的变焦镜头中，通过满足上述条件式(2)，在不引起极端大型化的状态下，尽可能加长从棱镜c到像面d的距离L。
以下，对各条件式(1)、(2)、(3)的细节进行说明。
条件式(1)0.25＜b/＜0.8在该式中，b广角端状态下的后侧透镜组的光焦度；广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度。
条件式(1)是规定出射光瞳位置的条件式。
在超过了条件式(1)的上限值的情况下，因为后侧透镜组的光焦度强，故如图25中所示，入射到棱镜c的主光线b以接近于光轴的状态入射，而且其入射角增大。其结果，因为会在图像周边部产生梯形畸变，故不理想。
相反，在低于条件式(1)的下限值的情况下，因为后侧透镜组的光焦度弱，故如图26中所示，入射到棱镜c的主光线b以远离光轴的状态入射，而且其入射角增大。其结果，因为会在图像周边部产生梯形畸变，故不理想。
条件式(2) 3＜Bf·FNO/Ymax在该式中，Bf望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离；FNO望远端状态下的光圈数；Ymax最大像高。
条件式(2)是规定后焦距的条件式。
在低于条件式(2)的下限值的情况下，因为后焦距变短，故在仅按规定量使像移动时成为必要的棱镜的顶角会增大。其结果，难以良好地抑制在使像移动时产生的彗差的变动。
另外，在本发明的变焦镜头中，希望使条件式(2)的上限值为12。当后焦距变得过长时，镜头系统整体的大小会变得过大，是不理想的。
在本发明的变焦镜头中，为了谋求镜头直径的小型化与高性能化的平衡，希望前侧透镜组、后侧透镜组都具有至少一个可动透镜组，而且最好是满足以下条件式(3)(3) 0.4＜Ds/TL＜0.7在该式中，DS广角端状态下的从孔径光阑到像面的沿光轴的距离
TL广角端状态下的从变焦镜头的最靠近物体侧的透镜面到像面的沿光轴的距离在变焦镜头中，在修正伴随视场角变化的轴外像差的变动方面，积极地使通过各透镜组的轴外光束的高度变化是有效的。特别是，夹着孔径光阑在物体侧和像侧有可动透镜组的情况下，可良好地修正轴外像差的变动，该轴外像差是在镜头位置状态从焦距最短的广角端状态变化到焦距最长的望远端状态时产生的。
此外，在可动透镜组仅存在于孔径光阑的物体侧的情况下，考虑到可动透镜组的移动空间方面而使孔径光阑位置向像侧移动。其结果，因为通过配置于远离孔径光阑的位置的透镜组的轴外光束会离开光轴，故无法充分谋求镜头直径的小型化。同样，即使在可动透镜组仅存在于孔径光阑的像侧的情况下，也无法充分谋求透镜直径的小型化。
根据以上情况，在本发明的变焦镜头中，为了使镜头直径的小型化与更加高性能化并存，希望具有前侧透镜组、后侧透镜组中至少一个以上的可动透镜组。
条件式(3)是规定镜头系统中的孔径光阑位置的条件式。
在低于条件式(3)的下限值的情况，在广角端状态下，通过配置于最靠近物体侧的镜头组的轴外光束远离光轴，不能充分地谋求透镜直径的小型化。
在超过条件式(3)的上限值的情况，通过后侧透镜组的轴外光束远离光轴，在图像周边部产生很大的彗差，难以得到规定的光学性能。
在图19、图20、图21及图22中表示可用于本发明的变焦镜头的(可变顶角)棱镜。
图19和图20所示的棱镜1是这样构成的由框体4、5保持两片透明的平行平板2(第1平行平板)、3(第2平行平板)的周缘，由折皱状的密封橡胶6封闭上述框体4、5的周缘之间，将液体7封入到由两片平行平板2、3、框体4、5和密封橡胶6所密封的空间内。而且，第1平行平板2的物体侧面2a成为入射平面，第2平行平板3的像侧面3a成为出射平面。轴4a、4a沿水平方向从框体4突出，此外，轴5a、5a沿铅直方向从框体5突出。
上述平行平板2、3例如可使用玻璃板；此外，液体7可使用在可见光区域内具有足够的透射率并且具有透射率为均匀的材料，例如水、甘油、硅油等；而且若是硅凝胶等满足上述条件的材料，则也可使用凝胶体。另外，当然不限于在此举出的具体的材料。
上述框体4可绕轴4a、4a转动地被支承着，此外框体5可绕轴5a、5a转动地被支承着。而且，通过使框体4倾斜运动，从而使支承于该框体4的平行平板2沿箭头P方向倾斜运动，由此摄影区域向铅直方向移动。此外，通过使框体5倾斜运动，从而使支承于该框体5的平行平板3沿箭头Y方向倾斜运动，摄影区域向水平方向移动。因而，通过选择框体4、5的倾斜运动方向与角度，可使摄影区域向以光轴为中心的所有方向移动。
图21和图22中所示的棱镜8的结构是组合作为第1透镜的平凹透镜9(物体侧透镜面9a为平面、像侧透镜面9b为凹面形状的透镜)和作为第2透镜的凸平透镜10(物体侧透镜面10a为凸面、像侧透镜面10b为平面形状的透镜)，平凹透镜9的凹面9b与凸平透镜10的凸面10a具有大致相同的曲率半径，以平面为外侧、有曲率一侧为内侧地使平凹透镜9与凸平透镜10几乎贴紧，这样做成棱镜8。通过固定平凹透镜9，使凸平透镜10沿着上述曲面9b、10a移动，各自的平面9a与10b之间的角度发生了变化。
上述两个透镜9、10支承于壳体11。壳体11是从正面看几乎呈圆形的主部11a和从该主部11a的上下和左右向外方突出的四个驱动部11b、11c、11d、11e形成为一体而成的。
在上述壳体11的主部11a的前表面上形成有比主部11a的外形小一圈的圆形的安装孔11f，上述平凹透镜9保持于该安装孔11f中。
壳体11的上述驱动部11b、11c、11d、11e分别具有前面部x、后面部y以及在外端连接前面部x与后面部y的连接部z。而且，在各驱动部11b、11c、11d、11e处，在前面部x的内表面固定有磁体12，在后面部y的内表面上固定有与磁体12相面对的轭铁13。
上述凸平透镜10保持于透镜保持框14中。
透镜保持框14中的各个线圈保持部14b、14c、14x、14x(在图22中仅示出上下的线圈保持部14b、14c)从圆形的框体14a的上下和左右向外突出，凸平透镜10保持于框体14a中，在各线圈保持部14b、14c、14x、14x的后表面上分别支承有线圈15、15、…。
上述透镜保持框14的四个线圈保持部14b、14c、14x、14x分别插入到壳体11的驱动部11b、11c、11d、11e内，由此，在各驱动部11b、11c、11d、11e处，线圈15、15、…位于磁体12、12、…与轭铁13、13、…之间。而且，凸平透镜10的物体侧面(凸面)10a成为与平凹透镜9的像侧面(凹面)9b几乎接触的状态，在两个面9b与10a之间夹着作为降低摩擦的介质的油16。
在上述棱镜8中，根据向保持于透镜保持框14的线圈保持部14b、14c、14x、14x的线圈15、15、…的通电的有无和通电方向，透镜保持框14在规定的范围内向上下和左右移动。例如，在向透镜保持框14的上侧的线圈保持部14b的线圈15通电了的情况下，在通电的方向为吸引到形成于磁体12与轭铁13之间的磁场的方向(以下，称为“吸引方向”)时，透镜保持框14向上移动，使得线圈15位于上述磁场之中；在通电方向为形成于磁体12与轭铁13之间的磁场排斥的方向(以下，称为“排斥方向”)时，透镜保持框14向下移动，使得线圈15脱离上述磁场。
因而，在向保持于透镜保持框14的四个线圈保持部14b、14c、14x、14所支承的线圈15、15、…全都进行同方向的通电的情况下，透镜保持框14保持于图22中所示的中立状态，因而，保持于该透镜保持框14的凸平透镜10位于使其光轴与光学系统的光轴重合的位置。
例如，在对上侧的线圈保持部14b的线圈15向吸引方向通电，对其余的线圈15、15、15不通电或向排斥方向通电的情况下，透镜保持框14(因而，凸平透镜10)向上方移动；在对下侧的线圈保持部14c的线圈15向吸引方向通电，对其余的线圈15、15、15不通电或向排斥方向通电的情况下，透镜保持框14(因而，凸平透镜10)向下方移动；同样，在仅对左侧或右侧的线圈保持部14x或14x的线圈15向吸引方向通电，对其余的线圈15、15、15不通电或向排斥方向通电的情况下，透镜保持框14(因而，凸平透镜10)分别向左方或向右方移动。
在对上侧和左侧的线圈保持部14b、14x的线圈15、15向吸引方向通电，对其余的线圈15、15不通电或向排斥方向通电的情况下，透镜保持框14(因而，凸平透镜10)向左上方移动；在对下侧和右侧的线圈保持部14c、14x的线圈15、15向吸引方向通电，对其余的线圈15、15不通电或向排斥方向通电的情况，透镜保持框14(因而，凸平透镜10)向右下方移动。
如上所述，通过调整向四个线圈保持部14b、14c、14x、14x所支承的线圈15、15、…各自通电的电流量，可以调整向各个方向的移动量。因而，通过调整向四个线圈保持部14b、14c、14x、14x的线圈15、15、…各自通电的通电方向和电流量，可以使透镜保持框(因而，凸平透镜10)向以光学系统的光轴为中心的360°方向的任意方向且可使其移动移动任意的量。
而且，由于凸平透镜10的物体侧面10a沿着平凹透镜9的像侧面9b移动，所以平凹透镜9的物体侧面(入射平面)9a与凸平透镜10的像侧面(出射平面)10b所成的角度、即顶角被改变。因而，除了上述入射平面9a与出射平面10b平行地相面对着的情况之外，即在具有顶角的情况下，平行于光学系统的光轴地入射到入射平面9a的光束相对于光学系统的光轴具有一定角度地从出射平面10b射出。因而，通过使入射平面9a与出射平面10b之间产生倾斜，可以使摄影范围朝几乎垂直于光学系统的光轴的方向仅移动与基于该倾斜的顶角相应的方向和量。另外，也能以凸平透镜10的平面10b为入射平面，以平凹透镜9的平面9a为出射平面来进行使用。另外，即使是图19、图20、图21及图22中所示的棱镜以外的可变顶角棱镜，也可以用于本发明的变焦镜头。
下面，参照图1～图18和表1～表15，对本发明的变焦镜头的实施方式和将具体的数值应用于各实施方式的数值实施例进行说明。
另外，在各数值实施例中所采用的非球面形状可以用以下的公式1来表达。
X＝cy2/(1+(1-(1+κ)c2y2)1/2)+Ay4+By6+…该式中，y是从光轴起的高度，x是下垂量，c是曲率，κ是圆锥常数，A、B、…是非球面系数。
图1表示第1实施方式的变焦镜头20的光焦度配置，该变焦镜头20是从物体侧依次排列具有正的光焦度的第1透镜组G1、具有负的光焦度的第2透镜组G2、具有正的光焦度的第3透镜组G3、具有正的光焦度的第4透镜组G4、具有正的光焦度的第5透镜组G5及棱镜P而构成的。在从广角端状态变倍到望远端状态时，第2透镜组G2朝像侧移动，使得第1透镜组G1与第2透镜组G2之间的空气间隔增大，第2透镜组G2与第3透镜组G3之间的空气间隔减小。此时，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第5透镜组G5及棱镜P是固定的；第4透镜组G4移动并且在近距离对焦时向物体侧移动，以修正伴随第2透镜组G2的移动而产生的像面位置的变动。
图2是表示第1实施方式的变焦镜头20的透镜结构的图，各透镜组是如下的结构。
第1透镜组G1由接合透镜L11和正透镜L12构成，上述接合透镜L11是接合将凸面朝向物体侧的弯月状的负透镜和将凸面朝向物体侧的正透镜而成，上述正透镜L12将凸面朝向物体侧。第2透镜组G2由负透镜L21和接合透镜L22构成，上述负透镜L21呈弯月状并将凹面朝向像侧，上述接合透镜L22是接合双凹状的负透镜和将凸面朝向物体侧的弯月状的正透镜而成。第3透镜组G3由双凸状的正透镜L3构成。第4透镜组G4由接合正透镜L4构成，该接合正透镜L4是接合双凸状的正透镜和将凹面朝向物体侧的弯月状的负透镜而成。第5透镜组G5由双凸透镜L52和将凹面朝向像侧的弯月状的负透镜L51构成。棱镜P是图19和图20所示结构的附图标记1所指的棱镜。
另外，孔径光阑S接近于第3透镜组G3的物体侧地配置，在变倍时是固定的。
表1中表示将具体的数值应用于第1实施方式的数值实施例1的各项参数的值。另外，以下的各项参数表中的面编号表示从物体侧起的第i个面，曲率半径表示该面的轴上曲率半径，光焦度表示相对于该面d线(λ＝587.6nm)的值，阿贝数表示相对于该面的d线的值，f表示焦距，FNO表示光圈数，2ω表示视场角。此外，所谓曲率半径O表示平面。
表1
第12面和第20面由非球面构成。因此，将数值实施例1中的这些面的4次、6次、8次和10次的非球面系数A、B、C和D与圆锥常数κ一起表示于表2中。另外，在表2和下面表示非球面系数的表中，“E-i”是表示以10为底的指数表达、即“10-i”，例如“0.26029E-05”表示(0.26029×10-5)。
表2
在镜头位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第1透镜组G1与第2透镜组G2之间的面间隔D5、第2透镜组G2与孔径光阑S之间的面间隔D10、第3透镜组G3与第4透镜组G4之间的面间隔D13以及第4透镜组G4与第5透镜组G5之间的面间隔D16产生变化。因此，在表3中表示广角端状态(f＝8.143)和望远端状态(f＝38.317)下的数值实施例1中的上述各面间隔和后焦距Bf。
表3 可变间隔表
在表4中表示数值实施例1的上述各条件式(1)～(3)的对应值。
表4
在表5表示在数值实施例1的广角端状态和望远端状态下修正0.5°的像抖动所需的棱镜1的顶角。
表5
图3和图4分别表示数值实施例1的无限远对焦状态下的诸像差图，图3表示广角端状态(f＝8.143)下的诸像差图，图4表示望远端状态(f＝38.317)下的诸像差图。
在图3和图4的各像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，像散像差图中的实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。在垂轴像差图中，A表示半视场角，y表示像高。
图5和图6分别表示在数值实施例1的无限远对焦状态下按照修正0.5°的像抖动所需的量，将平面玻璃3倾斜时的垂轴像差图。图5表示广角端状态(f＝8.143)下的垂轴像差图，图6表示望远端状态(f＝38.317)下的垂轴像差图。
根据各像差图，很明显，数值实施例1良好地修正了诸像差，具有优良的成像性能。
图7表示第2实施方式的变焦镜头30的光焦度配置，该变焦镜头30是从物体侧依次排列具有负的光焦度的第1透镜组G1、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有正的光焦度的第3透镜组G3这三个透镜组而构成的。在从广角端状态变倍到望远端状态时，第1透镜组G1一旦向像侧移动后，再向物体侧移动，第2透镜组G2向物体侧移动，使得第1透镜组G1与第2透镜组G2之间的空气间隔减少，第2透镜组G2与第3透镜组G3之间的空气间隔增大。此时，第3透镜组G3、棱镜P在光轴方向上是固定的，第3透镜组G3在近距离对焦时向物体侧移动。
图8是表示第2实施方式的变焦镜头30的透镜结构的图，各透镜组是如下的结构。
第1透镜组G1由将凸面朝物体侧的弯月状的负透镜L11和将凸面朝向物体侧的弯月状的正透镜L12构成。第2透镜组G2由接合透镜L21和双凸状的正透镜L22构成，上述接合透镜L21是接合从物体侧依次排列的正透镜和负透镜而成，上述正透镜呈弯月状并将凸面朝向物体侧，上述负透镜呈弯月状并将凹面朝向像侧。第3透镜组G3由将凸面朝向物体侧的弯月状的正透镜L3构成。棱镜P是图19和图20中所示结构的附图标记1所指的棱镜。
另外，孔径光阑S接近于第2透镜组G2的物体侧地配置，在变倍时，与第2透镜组G2一起移动。
表6中表示将具体的数值应用于第2实施方式的数值实施例2的各项参数的值。
表6
第2面和第6面由非球面构成。因此，将数值实施例2中的这些面的4次、6次、8次和10次的非球面系数A、B、C和D与圆锥常数κ一起表示于表7。
表7
在镜头位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第1透镜组G1与孔径光阑S之间的面间隔D4以及第2透镜组G2与第3透镜组G3之间的面间隔D10发生变化。因此，表8中表示广角端状态(f＝8.034)和望远端状态(f＝26.480)下的数值实施例2中的上述各面间隔和后焦距Bf。
表8 可变间隔表
在表9中表示数值实施例2的上述各条件式(1)～(3)的对应值。
表9
在数值实施例2的广角端状态和望远端状态下，将修正0.5°的像抖动所需的棱镜1的顶角表示于表10。
表10
图9和图10分别表示数值实施例2的无限远对焦状态下的诸像差图，图9表广角端状态(f＝8.034)下的诸像差图，图10表示望远端状态(f＝26.480)下的诸像差图。
在图9和图10的各像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，像散像差图中的实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。在垂轴像差图中，A表示半视场角，y表示像高。
图11和图12分别表示在数值实施例2的无限远对焦状态下按修正0.5°的像抖动所需的量，使平面玻璃3倾斜时的垂轴像差图。图11表示广角端状态(f＝8.034)下的垂轴像差图，图12表示望远端状态(f＝26.408)下的垂轴像差图。
根据各像差图，很明显，本实施例良好地修正了诸像差，具有优良的成像性能。
图13表示第3实施方式的变焦镜头40的光焦度配置，该变焦镜头40是从物体侧依次排列具有正的光焦度的第1透镜组G1、具有负的光焦度的第2透镜组G2、具有正的光焦度的第3透镜组G3、具有正的光焦度的第4透镜组G4、具有正的光焦度的第5透镜组G5及棱镜P而构成的。在从广角端状态变倍到望远端状态时，第2透镜组G2朝像侧移动，使得第1透镜组G1与第2透镜组G2之间的空气间隔增大，第2透镜组G2与第3透镜组G3之间的空气间隔减小。此时，第1透镜组G1、第3透镜组G3、第5透镜组G5及棱镜P是固定的；第4透镜组G4移动并且在近距离对焦时朝物体侧移动，以修正伴随第2透镜组G2的移动而产生的像面位置的变动。
图14是表示第3实施方式的变焦镜头40的透镜结构的图，各透镜组是如下的结构。
第1透镜组G1由接合透镜L11和正透镜L12构成，上述接合透镜L11是接合将凸面朝向物体侧的弯月状的负透镜与将凸面朝向物体侧的正透镜而成，上述正透镜L12将凸面朝向物体侧。第2透镜组G2由负透镜L21和接合透镜22构成，上述负透镜L21呈弯月状并将凹面朝向像侧，上述接合透镜22是接合双凹状的负透镜与将凸面朝向物体侧的弯月状的正透镜而成。第3透镜组G3由双凸状的正透镜L3构成。第4透镜组G4由接合正透镜L4构成，该接合正透镜L4是接合双凸状的正透镜与将凹面朝向物体侧的弯月状的负透镜而成。第5透镜组G5由双凸透镜L52和将凹面朝向像侧的弯月状的负透镜L51构成。棱镜P使用图21和图22中所示的附图标记8所指的棱镜。
另外，孔径光阑S被接近于第3透镜组G3的物体侧地配置，在变倍时是固定的。
表11中表示将具体的数值应用于第3实施方式的数值实施例3的各项参数。
表11
第12面和第20面由非球面构成。因此，将数值实施例3中的这些面的4次、6次、8次和10次的非球面系数A、B、C和D与圆锥常数κ一起表示于表12。
表12
在镜头位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第1透镜组G1与第2透镜组G2之间的面间隔D5、第2透镜组G2与孔径光阑S之间的面间隔D10、第3透镜组G3与第4透镜组G4之间的面间隔D13以及第4透镜组G4与第5透镜组G5之间的面间隔D16发生变化。因此，在表13中表示广角端状态(f＝8.143)和望远端状态(f＝38.317)下的数值实施例3中的上述各面间隔和后焦距Bf。
表13 可变间隔表
在表14中表示数值实施例3的上述各条件式(1)～(3)的对应值。
表14
在数值实施例3的广角端状态和望远端状态下，修正0.5°的像抖动所需的棱镜1的顶角表示于表15。
表15
图15和图16分别表示数值实施例3的无限远对焦状态下的诸像差图，图15表示广角端状态(f＝8.143)下的诸像差图，图16表示望远端状态(f＝38.317)下的诸像差图。
在图15和图16的各像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，像散像差图中的实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。垂轴像差图中A表示半视场角，y表示像高。
图17和图18分别表示在数值实施例3的无限远对焦状态下按修正0.5 °的像抖动所需的量，使凸平透镜10倾斜时的垂轴像差图。图17表示广角端状态(f＝8.143)下的垂轴像差图，图18表示望远端状态(f＝38.317)下的垂轴像差图。
根据各像差图，很明显，本实施例良好地修正了诸像差，具有优良的成像性能。
在图23中表示应用了本发明摄像装置的实施方式。
摄像装置100具有变焦镜头110，并且具有将由变焦镜头110形成的光学像转换成电信号的摄像元件120。另外，作为摄像元件120，例如可采用使用了CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补型金属氧化物半导体)等光电转换元件的摄像元件。在上述变焦镜头110中可以应用本发明的变焦镜头，在图23中，将图2中所示的第1实施方式的变焦镜头20的透镜组简化成一个透镜而表示。当然，不仅可以使用第1实施方式的变焦镜头20，还可以使用第2实施方式和第3实施方式的变焦镜头30和40、或者用本说明书中所示的实施方式以外的方式构成的本发明的变焦镜头。
由上述摄像元件120形成的电信号通过影像分离电路130使调焦控制用的信号送到控制电路140，影像用的信号向影像处理电路送出。已送到影像处理电路的信号被加工成适于其后的处理的形态后，供到由显示装置进行的显示、向记录介质的记录、由通信机构进行的传送等各种的处理中。
例如将变焦按钮的操作等来自外部的操作信号输入到控制电路140，根据该操作信号进行各种处理。例如，当输入由变焦按钮发出的变焦指令时，为了成为基于指令的焦距状态，借助驱动电路150、160使驱动部151、161动作，使各透镜组G2、G4向规定的位置移动。由各传感器152、162所得到的各透镜组GR2、GR4的位置信息被输入到控制电路140中，在向驱动电路150、160输出指令信号时被参照。此外，控制电路140基于从上述影像分离电路130送来的信号检查调焦状态，为了得到最佳的调焦状态，借助驱动电路160使驱动部161动作，并控制第4透镜组G4的位置。
摄像装置100具有修正手抖动的功能。例如，当手抖动检测单元170、例如陀螺传感器检测到快门按钮的按下所引起的摄像元件120的抖动时，来自该手抖动检测单元170的信号输入到控制电路140中，由该控制电路140算出棱镜1的顶角，该棱镜1的顶角用于补偿上述手抖动引起的图像的抖动。借助驱动电路180使驱动部181动作，使棱镜1的平行平板2和/或3倾斜运动以成为上述所算出的顶角，使上述平行平板2和/或3倾斜运动规定的角度。上述平行平板2和3的倾斜角度由传感器182来检测，由该传感器182获得的上述平行平板2和3的倾斜角度信息被输入到控制电路140中，在向驱动电路180送出指令信号时被参照。
上述摄像装置100，作为具体的产品，可以采取各种方式。例如，作为数字式静止画面照相机、数字摄像机、带照相机的手机、带照相机的PDA(个人数字助理)等数字输入输出设备的照相机部等，可以广泛应用。
另外，在上述的各实施方式和数值实施例中所示的各部分的具体的形状和数值，都只不过表示实施本发明时进行的具体化方式的一个例子，因此本发明的技术范围不能被解释为仅限于此。
权利要求
1.一种变焦镜头，该变焦镜头具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧，其特征在于，上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和上述出射平面中的至少一方的面可相对于光轴倾斜运动；通过将上述可倾斜运动的平面倾斜而使摄影范围仅移动规定量；上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑和后侧透镜组而构成的；满足以下条件式(1)、(2)(1)0.25＜b/＜0.8，(2)3＜Bf·FN0/Ymax；该式中，b广角端状态下的后侧透镜组的光焦度，广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度，Bf望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离，FN0望远端状态下的光圈数，Ymax最大像高。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，上述前侧透镜组和上述后侧透镜组都具有至少一个透镜组，该透镜组在镜头位置状态从广角端状态变化到望远端状态时可动；满足以下的条件式(3)(3)0.4＜Ds/TL＜0.7；该式中，DS广角端状态下的从孔径光阑到像面的沿光轴的距离，TL广角端状态下的从变焦镜头的最靠近物体侧的透镜面到像面的沿光轴的距离。
3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于，上述棱镜由从物体侧依次布置的第1平行平板、液体、第2平行平板构成，上述第1平行平板的物体侧透镜面为入射平面，上述第2平行平板的像侧透镜面为出射平面。
4.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其特征在于，上述棱镜由从物体侧依次布置的第1透镜与第2透镜构成；上述第1透镜的物体侧透镜面是成为入射平面的平面，上述第2透镜的像侧透镜面是成为出射平面的平面；上述第1透镜的像侧透镜面与上述第2透镜的物体侧透镜面由具有相同的曲率半径的曲面构成，这些曲面直接或隔着摩擦降低介质可滑动地相接触。
5.一种摄像装置，该摄像装置具有变焦镜头、摄像元件、手抖动检测单元、手抖动控制单元和手抖动驱动部；上述摄像元件将由上述变焦镜头形成的光学像转换成电信号；上述手抖动检测单元检测上述摄像元件的抖动；上述手抖动控制单元算出抖动修正角并发送修正信号，上述抖动修正角用于修正由上述手抖动检测单元检测出的摄像元件的抖动所引起的图像抖动，上述修正信号使上述变焦镜头成为按对应于上述抖动修正角的量来移动摄影范围的规定状态；上述手抖动驱动部基于上述修正信号使变焦镜头成为规定状态；其特征在于，上述变焦镜头具有变倍部和棱镜，上述变倍部具有多个可动透镜组，上述棱镜配置于上述变倍部的像侧；上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，并被构成为上述入射平面和上述出射平面中的至少一方的面可相对于光轴倾斜运动；通过将上述可倾斜运动的平面倾斜而使摄影范围仅移动规定量；上述变倍部是从物体侧依次排列前侧透镜组、孔径光阑、后侧透镜组而构成的；满足以下条件式(1)、(2)(1)0.25＜b/＜0.8，(2)3＜Bf·FN0/Ymax；该式中，b广角端状态下的后侧透镜组的光焦度，广角端状态下的变焦镜头整体的光焦度，Bf望远端状态下的从棱镜的出射平面到像面的沿光轴的距离，FN0望远端状态下的光圈数，Ymax最大像高。
全文摘要
一种变焦镜头和使用该变焦镜头的摄像装置。上述变焦镜头包括配置于上述变倍部的像侧的棱镜和具有多个可动透镜组的变倍部；上述棱镜具有入射来自上述变倍部的光束的入射平面和朝像面射出光束的出射平面，上述入射平面和上述出射平面中的至少一方的面可相对于光轴倾斜运动；通过使上述可倾斜运动的平面倾斜，使摄影范围仅移动规定量；上述变倍部从物体侧依次排列前侧透镜组、开口光圈和后侧透镜组；满足条件式(1)0.25＜φb/φ＜0.8和条件式(2)3＜B
文档编号H04N5/225GK1955781SQ20061015013
公开日2007年5月2日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年10月27日
发明者大竹基之, 矢野英治, 田中谦, 堤拓哉, 高桥立幸, 内藤勉 申请人:索尼株式会社