變焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了變焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置。該變焦透鏡包含具有正折光力并被布置為最接近物側(cè)的第一透鏡單元。滿足0.50<Ym5/Yw30<1.00，這里，Yw30表示在廣角端提供0.3的相對照度的像高，Ym5表示在除廣角端和望遠端以外的預(yù)定變焦位置處提供0.05的相對照度的像高。
【專利說明】變焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01210126346. 7、申請日為2010年4月26日、發(fā)明名稱為"變 焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置"的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及變焦透鏡和具有該變焦透鏡的圖像拾取裝置。

【背景技術(shù)】
[0003] -種常規(guī)的小型、高變倍（magnification varying)的變焦透鏡是包括被 布置為最接近物側(cè)的具有正折光力的透鏡單元的變焦透鏡。例如，日本專利公開 No. ( "JP")2〇〇9_3342提出從物側(cè)起依次布置正單元、負單元、正單元和正單元的四單元變 焦透鏡。JP 2009-164847公開了被配置用于用光學變焦實現(xiàn)電子變焦并使得能夠以高的變 焦比觀察被照體圖像的圖像拾取裝置。
[0004] 在大多數(shù)的包括被布置為最接近物側(cè)的具有正折光力的透鏡單元的變焦透鏡中， 如在JP 2009-3342中公開的那樣，前透鏡直徑由除廣角端和望遠端以外的位于變焦透鏡 的光軸上的位置（中間焦距）處的離軸光線確定。通常，從廣角端到望遠端利用在中間焦 距可得的圖像拾取元件的范圍。
[0005] 對于具有小的前透鏡直徑的圖像拾取元件的寬的工作范圍，中間焦距處的最小必 要光量是有效的，但是，即使該配置也不能使廣角變焦透鏡中的前透鏡直徑保持小。雖然JP 2〇〇9_3342對于第一透鏡單元提供了四個透鏡并且抑制了由廣角配置導致的前透鏡直徑的 大的尺寸，但是該配置不足以減小前透鏡直徑。在JP 2009-164847中公開的常規(guī)的電子變 焦沒有限制圖像拾取裝置中的變焦透鏡，或者沒有提出用于減小廣角變焦透鏡的前透鏡直 徑的手段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了具有小的前透鏡直徑的廣角、高變倍變焦透鏡、以及具有該變焦透 鏡的圖像拾取裝置。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包含具有正折光力并被布置為最接近物側(cè)的第一透鏡單 元。滿足以下的條件式：0. 50<Ym5/Yw30<l. 00。
[0008] Yw30表示在廣角端提供〇· 3的相對照度的像高，Ym5表示在除廣角端和望遠端之 外的預(yù)定變焦位置處提供0. 05的相對照度的像高。
[0009]參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是根據(jù)數(shù)值例1的光學系統(tǒng)的透鏡截面圖。
[0011] 圖2是根據(jù)數(shù)值例2的光學系統(tǒng)的透鏡截面圖。
[0012]圖3是根據(jù)數(shù)值例3的光學系統(tǒng)的透鏡截面圖。
[0013] 圖4是根據(jù)數(shù)值例4的光學系統(tǒng)的透鏡截面圖。
[0014] 圖5A?5C是根據(jù)數(shù)值例1的廣角端、中間焦距和望遠端處的像差圖。
[0015] 圖6A?6C是根據(jù)數(shù)值例2的廣角端、中間焦距和望遠端處的像差圖。
[0016] 圖7A?7C是根據(jù)數(shù)值例3的廣角端、中間焦距和望遠端處的像差圖。
[0017] 圖8A?8C是根據(jù)數(shù)值例4的廣角端、中間焦距和望遠端處的像差圖。
[0018] 圖9是比較數(shù)值例1和2與常規(guī)的例子的曲線圖。
[0019] 圖10是根據(jù)本實施例的圖像拾取裝置的透視圖。

【具體實施方式】
[0020] 為了高變倍，本實施例的變焦透鏡包括被布置為最接近物側(cè)的具有正折光力的第 一透鏡。為了實現(xiàn)小型化，本實施例滿足以下的條件式。
[0021] 0. 50<Ym5/Yw30<l. 00 (1)
[0022] Yw30表示在廣角端提供0· 3的相對照度的像高。Ym5表示在除廣角端和望遠端以 外的變焦位置（變倍位置）（中間焦距）處提供〇· 05的相對照度的像高。本實施例需要提 供Ym5并滿足條件式1的變焦位置（中間焦距）。
[0023] 孔徑比被定義為離軸入射光瞳面積與軸向入射光瞳面積的比。相對照度是通過將 孔徑比乘以余弦四次方定律和畸變成分而計算的亮度比。余弦四次方定律滿足以下的關(guān) 系，這里，Θ是入射到透鏡的光相對于光軸的入射角，I是光的入射后（p 0St-incidence)亮 度，1〇是光的入射前（pre-incidence)亮度。
[0024] I = locos4 Θ
[0025] 相對照度是表達為預(yù)定像高上的明度（brightness)與在成像表面上的中心處的 明度的比，并在預(yù)定像高的明度等于中心的明度時為1。
[0026] 條件式（1)確定從廣角端和中間焦距到達成像面的光的范圍。一般地，為了避免 圖像周圍的陰影，至少約〇· 3的相對照度是必需的。因此，常規(guī)上，在提供0. 3的相對照度 的廣角端的像高，在整個變焦區(qū)域中確保約0. 3的相對照度。在同一變焦位置，提供0. 05 的相對照度的像高比提供〇· 3的相對照度的像高高。由此，常規(guī)的配置中的值超出條件式 (1)的上限值。
[0027] 本實施例通過使在中間焦距到達成像面的光的范圍變窄來減小前透鏡直徑，原因 是該范圍確定前透鏡直徑。因此，本實施例的值不超出條件式（1)的上限值。此時，在包括 諸如CCD的固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取裝置中，與廣角端相比，對于中間焦距使用更少 數(shù)量的像素。由于它是從廣角端圖像拾取范圍變窄的方向，因此，輸出圖像可被高質(zhì)量地適 當?shù)刈兘梗@是因為近年來的固態(tài)圖像拾取元件具有大量的像素。
[0028] 但是，即使當?shù)竭_成像面的光的范圍在中間焦距變窄使得該值超出條件式（1)的 下限值時，由于前透鏡直徑由廣角端和望遠端確定，因此前透鏡直徑也沒有充分減小。
[0029] 條件式⑴可被以下的條件式（la)替代。
[0030] 0. 70<Ym5/Yw30<0. 95 ... (la)
[0031] 雖然條件式（1)依賴于提供〇. 3的相對照度的廣角端的像高，但是，對于在預(yù)設(shè)的 范圍中偏移的相對照度或基準焦距仍展現(xiàn)出本實施例的效果。
[0032] 本實施例的變焦透鏡在光闌的物側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元和具 有負折光力的第二透鏡單元，并且通過改變第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔實現(xiàn) 變焦。本實施例的變焦透鏡可滿足以下的條件式：
[0033] 0· 20<S1<0_ 50 …（2)
[0034] 0· 00 彡 S2/SK0· 17 …（3)
[0035] 以下，S1表示第一變焦位置的在第一像高上的第一相對照度。S2表示第二變焦位 置的在第一像高上的第二相對照度。根據(jù)本實施例，在第一透鏡單元與第二透鏡單元之間 的間隔改變乘以0?0. 1的從廣角端到望遠端的變化量的區(qū)間中存在第一變焦位置。在第 一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔改變乘以0. 3?0. 8的從廣角端到望遠端的變化量 的區(qū)間中存在第二變焦位置。
[0036] 條件式（2)確定計算S2的像高。當相對照度太高以至于該值超出條件式（2)的 上限值時，廣角端和中間焦距具有相似的相對照度，并且，不能確定提供本實施例的效果的 像高。但是，這不禁止圖像拾取裝置的相對照度超出上限值。相對照度太低以至于該值超 出條件式（2)的下限值的像高不適于圖像拾取裝置。
[0037] 條件式⑵可被以下的條件式（2a)替代。
[0038] 0· 30〈S1<0. 50 …（2a)
[0039]條件式（3)確定在由條件式（2)確定的像高上廣角端與中間焦距之間的相對照度 的比。當該值超出條件式（3)的上限值時，由于取得中間焦距的大的相對照度，因此，前透 鏡直徑增加。條件式（ 3)的下限值意味著在中間焦距相對照度變?yōu)榱?，因此，該值決不會超 出下限值。
[0040]在包括以上的變焦透鏡的圖像拾取裝置中，本實施例提供了被布置為最接近物側(cè) 的具有正折光力的第一透鏡單元，并且滿足以下的條件式：
[0041] Sm<Sw …（4)
[0042] SW是在廣角端以及廣角端的最大像高上的相對照度。本實施例確定，存在滿足條 件式（4)的位于變焦透鏡的光路上的除廣角端和望遠端之外的變焦位置（中間焦距）。Sm 是在中間焦距以及廣角端的所述最大像高上的相對照度。
[0043]在廣角端的該最大像高位于用于形成輸出圖像的圖像拾取元件的工作范圍中，并 且，在被配置為通過偏移工作范圍使圖像穩(wěn)定化的圖像拾取裝置中，它是將圖像穩(wěn)定化功 能設(shè)為不活動時的工作范圍。
[0044]條件式（4)確定在用于圖像拾取裝置的像高上廣角端與中間焦距之間的相對照 度的比。當條件式（4)不被滿足時，由于取得更大的在中間焦距的相對照度，因此前透鏡直 徑增加。
[0045]當在廣角端的相對照度和在中間焦距的相對照度兩者都增加時，不滿足條件式 (4)。在這種情況下，可通過增加最大像高以保持廣角端的場角寬，并且，安裝的變焦透鏡沒 有被完全利用。
[0046] 本實施例可進一步滿足以下的條件式：
[0047] -0. 8<fw/f2<-0. 4 ... (5)
[0048]這里，fw表示在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距，f2表示第二透鏡單元的焦距。
[0049]條件式（5)確定廣角端的焦距與第二透鏡單元的焦距之間的比。當該值超出條件 式（5)的上限值時，難以校正廣角端的像場彎曲。作為替代地，第一透鏡單元和第二透鏡單 元之間的間隔的變化量增加，以獲得預(yù)定的變焦比，并且，總長因此增加。當該值超出條件 式（5)的下限值時，廣角端的場角變窄并且不能完全獲得本實施例的效果。
[0050] 條件式⑶可被以下的條件式（5a)替代。
[0051] -0· 75<fw/f2〈-0. 42 …（5a)
[0052] 本實施例可進一步滿足以下的條件式：
[0053] 0. 05<fw/fl<0. 14 ... (6)
[0054]這里，fw表示在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距，并且，fl表示第一透鏡單元的焦距。 [0055]條件式⑹確定廣角端的焦距與第一透鏡單元的焦距之間的比。當該值超出條件 式（6)的上限值時，廣角端的場角變窄，并且，不能完全獲得本實施例的效果。作為替代地， 球面像差或彗形像差的校正在望遠端變得困難。
[0056]當該值超出條件式（6)的下限值時，像場彎曲的校正在廣角端變得困難，或者第 一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔的變化量增加以獲得預(yù)定的變焦比，總長因此增 加。
[0057] 條件式（6)可被以下的條件式（6a)替代。
[0058] 0· 06<fw/n〈0_ 12 …（6a)
[0059] 本實施例可進一步滿足以下的條件式：
[0060] 31。<tan_1 (Yw/fw) <48° …（7)
[0061] Yw是在廣角端的最大像尚，fw是在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距。如上所述，在廣角 端的最大像高是用于形成輸出圖像的圖像拾取元件的工作范圍，并且，在被配置為通過偏 移工作范圍使圖像穩(wěn)定化的圖像拾取裝置中，它是將圖像穩(wěn)定化功能設(shè)為不活動時的工作 范圍。
[0062] 條件式C7)確定在廣角端的場角。當該值超出條件式（7)的上限值時，第一透鏡 單元中的透鏡的數(shù)量增加以適當?shù)匦Ｕ龔V角端的像場彎曲和橫向色差。作為結(jié)果，小型化 和廣角配置變得困難。當該值超出條件式（7)的下限值時，廣角端的場角變窄，并且，不能 完全獲得本實施例的效果。
[0063] 條件式（7)可被以下的條件式（7a)替代。
[0064] 33°〈tan-1 (Yw/fw) <41。 ...(7a)
[0065] 本實施例配置了在變焦期間可沿光軸方向移動的三個或更少的透鏡單元，并且， 光闌SP可在變焦期間沿光軸方向被固定。 ^
[0066] 當存在多于三個的在變焦期間可沿光軸方向移動的透鏡單元時，存在通過使用各 透鏡單元的移動軌跡減小前透鏡直徑并保持廣角配置的方案。但是，可移動單元的數(shù)量增 加導致大的鏡筒機構(gòu)，由此，變得難減小整個透鏡單元的尺寸。
[0067]另外，隨著透鏡單元移動機構(gòu)的數(shù)量的增加，成本也增加。當光闌被配置為可動 時，柔性印刷電路（"FPC"）變長并且增加成本。
[0068] 變焦透鏡還可包含沿光路布置于第二透鏡單元的像側(cè)的第三透鏡單元，并具有正 折光力或負折光力。在這種情況下，第一透鏡單元和第三透鏡單元可在變焦期間沿光軸方 向被固定。
[0069] 在當在圖像拾取中擦拭前透鏡時施加的壓力增加的情況下，可動的第一透鏡單元 是不利的，或者拍攝圖像由于第一透鏡單元被驅(qū)動時的第一透鏡單元的傾斜而抖動。
[0070] 第三透鏡單元接近光闌，并且當它是具有高的F數(shù)的透鏡時可能具有大的直徑。 由此，當?shù)谌哥R是具有高的F數(shù)的可動透鏡時，鏡筒的外徑在整個可動范圍中增加。
[0071] 可以在光闌SP的物側(cè)布置9個或更少的透鏡。隨著光闌的物側(cè)的透鏡的數(shù)量增 加，廣角端的入射光瞳位置可向物側(cè)移動，并且，前透鏡直徑在廣角配置中減小。但是，透鏡 的數(shù)量增加使得總長變長并使鏡筒變重。
[0072] 圖1、圖2、圖3和圖4是根據(jù)將在后面描述的數(shù)值例1?4的透鏡截面圖。圖5A? 8C是根據(jù)各數(shù)值實施例的球面像差、像散、畸變和橫向色差的像差圖。具體而言，圖5A、圖 6A、圖7A和圖8A是廣角端的像差圖，圖5B、圖6B、圖7B和圖8B是在中間焦距的像差圖，圖 5C、圖6C、圖7C和圖8C是在望遠端的像差圖。在球面像差圖中，實線表示d線，交替一長兩 短虛線表示g線。在像散圖中，實線表示弧矢截面AS，虛線表示子午截面ΔΜ。在畸變圖 中，實線表示d線。在橫向色差圖中，交替一長兩短虛線表示g線。Fno表示F數(shù)。
[0073] 在圖1?4中，L1至L5表示第一到第五透鏡單元。SP表示光闌（或光圈）。P表 示諸如CCD面板和低通濾波器的玻璃塊。I表示像面。光闌SP沿光路被布置于具有正折光 力的第一透鏡單元L1和具有負折光力的第二透鏡單元L2的像側(cè)。換句話說，第一透鏡單 元L1和第二透鏡單元L2被布置于光闌SP的物側(cè)，并且，沿光路從物側(cè)起被依次布置。
[0074] 本實施例在從廣角端到望遠端的變焦期間如圖1?4中的箭頭所示的那樣移動各 單元。第四透鏡單元在聚焦中移動。
[0075] 在數(shù)值例中，Ri表示從物側(cè)起的第i個表面的曲率半徑，Di表示第i個表面與第 (i+Ι)個表面之間的間隔（透鏡厚度或空氣間隔），Ni和vi是第i個透鏡的材料的折射率 和阿貝（Abbe)數(shù)。
[0076] 非球面形狀被表達如下，這里，光軸方向被設(shè)為X軸，與光軸垂直的方向被設(shè)為h 軸，并且，光傳播方向被設(shè)為正。R是旁軸曲率半徑，1^、六3、六4、六5、八6、六7、六8、人9、八10和八11 表示非球面系數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元、具有負折光 力的第二透鏡單元和光闌，第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔在變焦期間改變， 其特征在于，滿足以下的條件式： 0· 20〈S1<0· 50 ;以及 0. 00 ^ S2/SK0. 17, 這里，S1表示在第一變焦位置和第一像高處的相對照度,該第一變焦位置存在于第一 透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔以乘以0?0· 1的從廣角端到望遠端的變化量改變的 區(qū)間中，并且S2表示在第二變焦位置和第一像高處的相對照度，該第二變焦位置存在于第 一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔以乘以0· 3?0· 8的從廣角端到望遠端的變化量改 變的區(qū)間中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，滿足以下的條件式： -0.8<fw/f2<-0. 4 這里，fw表示在廣角端的整個變焦透鏡的焦距，f2表示第二透鏡單元的焦距。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的變焦透鏡，包括在變焦期間沿光軸方向能夠移動的三個或更 少的透鏡單元，其中，光闌在變焦期間沿光軸方向被固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的變焦透鏡，進一步包括在所述第二透鏡單元的像側(cè)的具有正 折光力或負折光力的第三透鏡單元，其中所述第一透鏡單元和第三透鏡單元在變焦期間固 定。
5·根據(jù)權(quán)利要求1或2的變焦透鏡，其中，在所述光闌的物側(cè)布置九個或更少的透鏡。 6·根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件式： 0. 05<fw/f K0. 14 這里，fw表示在廣角端的整個變焦透鏡的焦距，并且，Π表示第一透鏡單元的焦距。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件式： 31°〈tan-VYw/f^XAS。 這里，Yw是在廣角端的最大像高，fw是在廣角端的整個變焦透鏡的焦距。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件式： 0. 05<fw/f K0. 14 這里，Π表示第一透鏡單元的焦距。
9·根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件式： 31?！磘arfHYw/fwXdS。 這里，Yw是在廣角端的最大像高。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的變焦透鏡，其中，滿足以下的條件式： Sm<Sw 這里，Sw是在廣角端和廣角端的最大像高處的相對照度，并且Sm是在除廣角端和望遠 端以外的預(yù)定變焦位置和所述廣角端的所述最大像高處的相對照度。
11. 一種圖像拾取裝置，包含 根據(jù)權(quán)利要求卜10中任一項的變焦透鏡，以及 圖像拾取元件，被配置用于接收通過所述變焦透鏡形成的圖像。
【文檔編號】G02B15/16GK104142568SQ201410377421
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月26日
【發(fā)明者】宮沢伸幸 申請人:佳能株式會社