可變焦距鏡頭系統和圖像拾取設備的制作方法

專利名稱：可變焦距鏡頭系統和圖像拾取設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及可變焦距鏡頭系統和圖像拾取設備，且更具體地涉及攝像機、數字靜 態相機等中使用的可變焦距鏡頭系統和圖像拾取設備的領域，其在廣角端狀態下的視角超 過74度且其可變放大倍率比(variable power ratio)超過30倍。
背景技術：
過去，已知使用光電轉換元件(如(XD(電荷耦合器件)、CMOS(互補金屬氧化物 半導體)等)將圖像拾取元件表面上形成的被攝體圖像的光量轉換為圖像拾取元件的電輸 出、且記錄電輸出的方法作為在相機中的記錄手段。
隨著微加工的近來的進展，中央處理單元(CPU)在速度上已經增加，且存儲介質 在集成度上已經增加，使得在此以前不能被處理的高容量圖像數據可以以更高的速度被處 理。另外，光接收元件已經在集成度上增加且在尺寸上減少。增加的集成度已經允許高空 間頻率的記錄，且減少的尺寸使得能夠小型化作為整體的相機。
但是，上述增加的集成度和減少的尺寸降低了每個單獨的光電轉換元件(光接收 元件)的光接收面積，且隨著電輸出降低，噪聲的影響增加。因此，為了減少這種噪聲影響， 可以通過光系統的更高孔徑比來增加到達光接收元件的光量。另外，稱為顯微鏡頭陣列的 精密鏡頭元件(minute lens element)可以被安置在緊挨著光接收元件的前面。
顯微鏡頭陣列將在彼此相鄰元件之間流通的光通量引導到光接收元件上，但限制 鏡頭系統的出瞳位置(從圖像表面到出口瞳位置的距離)。這是因為當鏡頭系統的出瞳位 置接近光接收元件時，在到達光接收元件的主光線和光軸之間形成的角度增加，因此去往 屏幕的外圍部分的離軸(off-axis)光通量與光軸形成很大角度，結果，必要的光量未到達 光接收元件，因此引起光量的缺少。
近來隨著數碼相機的推廣，用戶需求已經多樣化。特別是存在對在尺寸上減少且 包括具有高可變放大倍率比的變焦鏡頭(可變焦距鏡頭系統)的相機的期望。
傳統地已經使用正組、負組、正組和負組的四組配置作為表示具有高可變放大倍 率比的可變焦距鏡頭系統的配置的類型。
通過從物體側到圖像側依次排列具有正折射力(refractive power)的第一鏡頭 組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組和具有正折射力的第四鏡頭 組，來形成正組、負組、正組和正組的四組配置的可變焦距鏡頭系統。
已知例如在日本專利特開No. 2006-189598(此后稱為專利文檔1)中描述的可變 焦距鏡頭系統，作為如上所述的正組、負組、正組和正組的四組配置的可變焦距鏡頭系統。
通常已知隨著可移動鏡頭組的數量增加，在從廣角端狀態變焦到遠攝端狀態時每 個鏡頭組的軌跡(locus)的選擇的自由度增加，且因此能夠實現更高的可變放大倍率比， 并也實現了更高的性能。
例如，已知在日本專利特開No. 2007-79194和日本專利特開No. 2007-292994 (分 別稱為專利文檔2和專利文檔幻中描述的可變焦距鏡頭系統作為實現這種更高的可變放大倍率比和這種更高性能的可變焦距鏡頭系統。
在專利文檔2和專利文檔3中描述的可變焦距鏡頭系統具有其中在正組、負組、正 組和正組的四組配置的可變焦距鏡頭系統的圖像側安置在光軸的方向上固定的第五鏡頭 組的配置。
另外，已知例如在日本專利特開No. 2007-264174(此后稱為專利文檔4)中描述的 正組、負組、正組、負組和正組的五組配置的可變焦距鏡頭系統，作為另一五組配置的可變 焦距鏡頭系統。通過從物體側到圖像側依次排列具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射 力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組和具有正折射 力的第五鏡頭組來形成正組、負組、正組、負組和正組的五組配置的可變焦距鏡頭系統。
在專利文檔4中描述的可變焦距鏡頭中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠 攝端狀態時，第一鏡頭組和第三鏡頭組移動到物體側，第二鏡頭組在一旦移動到圖像側之 后移動到物體側，第四鏡頭組被固定在光軸的方向上，且第五鏡頭組在光軸的方向上移動。發明內容
但是，當在正組、負組、正組和正組的四組配置的可變焦距長度系統中要確保超過 20倍的可變放大倍率比時，難以實現足夠的小型化。
具體地，通過加強每個鏡頭組的折射力，可以提高可變焦距鏡頭系統的可變放大 倍率比，而不增加總光長度。但是，當加強了每個鏡頭組的折射力時，可能不能校正各種像 差的變化，該變化在總長度變化時發生。因此，當要通過加強每個鏡頭組的折射力來確保高 可變放大倍率比時，可能不能獲得預定光學性能。結果，為了確保高可變放大倍率比以及獲 得預定光學性能，難以避免尺寸增加。
當通過使得可變焦距鏡頭系統具有五組配置來增加可移動鏡頭組的數量時，另一 方面，增加在變焦時每個鏡頭組的地方的選擇的自由度。因此，可以極好地校正在改變焦距 時其變化的各種像差的變化，且可以實現更高的可變倍率和更小的尺寸。
但是，在專利文檔2和專利文檔3中描述的可變焦距鏡頭系統具有第五鏡頭組作 為在正組、負組、正組和正組的四組配置的圖像側安置的固定組，且不是其中向四組配置添 加可移動鏡頭組的配置。因此，難以實現更高的可變倍率和更小的尺寸兩者。
另外，在專利文檔4中描述的可變焦距鏡頭系統的情況下，沒有充分地縮短在遠 攝端狀態下的總鏡頭長度。當要提高可變放大倍率比時，難以實現足夠的小型化。
因此期望克服上述問題，并且保證小型化以及實現更高的可變倍率。
根據本發明的實施例，提供一種可變焦距鏡頭系統，包括具有正折射力的第一鏡 頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭 組、和具有正折射力的第五鏡頭組，從物體側依次排列所述第一鏡頭組、所述第二鏡頭組、 所述第三鏡頭組、所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態 改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組移動，使得在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的 空氣間隔增加，在所述第二鏡頭組和所述第三鏡頭組之間的空氣間隔減少，在所述第三鏡 頭組和所述第四鏡頭組之間的空氣間隔增加，且在所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間 的空氣間隔變化，所述第二鏡頭組移動到圖像側，所述第三鏡頭組移動到物體側，相比于廣 角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位于物體側，并且孔徑光闌(aperture stop)被安置在第三鏡頭組附近，且可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(1)到(3)
(1) 0. 95 < fl3T/ft < 1. 4
(2) 0. 08 < f2/f4 <0.3
(3) 0. 06 < Δ 3/ft < 0. 22
在fl3T是在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距的情況下，f2是第二鏡 頭組的焦距，f4是第四鏡頭組的焦距，且△ 3是第三鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
該條件表達式(1)定義了在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距Π3Τ，且 由于第一到第三鏡頭組的加強的組合折射力而要最小化作為整體的鏡頭系統。
該可變焦距鏡頭系統特征為，條件表達式(1)的最大值小于現有技術中的值，以 便縮短總鏡頭長度同時增加變焦比(zoom ratio) 0
當H3T/ft超過條件表達式(1)的上限值時，在遠攝端狀態下的可變焦距鏡頭系 統的總鏡頭長度被加長，因此可變焦距鏡頭系統尺寸增加，這與本發明的精神相反。
當fl3T/ft小于條件表達式(1)的下限值時，在遠攝端狀態下的可變焦距鏡頭中 的第四鏡頭組的放大率(magnification)增加，且難以極好地校正軸向像差中的變化，該 變化由鏡頭位置狀態中的變化帶來。
條件表達式( 定義了在第二鏡頭組和第四鏡頭組之間的折射力比(refractive power ratio)，且用于極好地校正由于使得孔徑光闌前面和后面的折射力布置接近對稱型 而趨于在廣角端狀態中發生的負畸變像差。
當f2/f4超過條件表達式O)的上限值時，可變焦距鏡頭系統加強第四鏡頭組的 負折射力，且同時減弱第二鏡頭組的負折射力，在廣角端狀態下入射到第一鏡頭組上的離 軸光通量偏離光軸，且第一鏡頭組的鏡頭直徑增加。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，難以極好地校正在廣角端狀態下在屏幕的外圍部 分中發生的離軸像差，且可變焦距鏡頭系統不能充分地小型化。
當f2/f4小于條件表達式O)的下限值時，可變焦距鏡頭系統加強第二鏡頭組的 負折射力，且同時減弱第四鏡頭組的負折射力，且在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸 光通量接近光軸。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的 高度和在遠攝端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的高度之間的通道(passage)范圍 中不存在差異。因此，難以以很平衡的方式校正離軸像差中的變化和軸向像差中的變化，該 變化隨著鏡頭位置狀態改變而發生。
條件表達式( 定義在第三鏡頭組的行進量Δ 3和遠攝端狀態下的焦距ft之間 的比率，該第三鏡頭組的行進量Δ3由鏡頭位置狀態中的改變帶來，且要通過增加組合來 實現高可變放大倍率比，使得彼此相鄰的鏡頭組具有相反的折射力。
當Δ 3/ft超過條件表達式C3)的上限值時，在可變焦距鏡頭系統中的第三鏡頭組 的行進量增加，在第三鏡頭組和圖像表面之間的距離大大地改變，且出瞳位置的變化增加， 該變化由鏡頭位置狀態帶來。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，遠攝端狀態下通過第五鏡頭組的離軸光通量極大 地與光軸分離，且難以極好地校正在屏幕的外圍部分中發生的慧形像差。
另一方面，當A3/ft小于條件表達式(3)的下限值時，第三鏡頭組維持在類似的 位置上，而不管可變焦距鏡頭系統的鏡頭位置狀態，且第二鏡頭組的橫向放大率在廣角端 狀態和遠攝端狀態下極大地改變。
因此，可變焦距鏡頭系統不能極好地校正離軸像差的變化，該變化由鏡頭位置狀 態的改變帶來，且難以充分地改進可變焦距鏡頭系統的性能。
另外，根據本發明的實施例，提供一種圖像拾取設備，包括可變焦距鏡頭系統； 以及圖像拾取元件，用于將可變焦距鏡頭系統形成的光圖像轉換為電信號；其中，所述可 變焦距鏡頭系統包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折 射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五鏡頭組，從物體側 依次排列所述第一鏡頭組、所述第二鏡頭組、所述第三鏡頭組、所述第四鏡頭組和所述第五 鏡頭組，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組移動，使得 在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在所述第二鏡頭組和所述第三 鏡頭組之間的空氣間隔減少，在所述第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的空氣間隔增加， 且在所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間的空氣間隔變化，所述第二鏡頭組移動到圖像 側，所述第三鏡頭組移動到物體側，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位 于物體側，并且孔徑光闌被安置在第三鏡頭組附近，且可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表 達式⑴到⑶
(1)0. 95 < fl3T/ft < 1. 4
(2) 0. 08 < f2/f4 <0.3
(3) 0. 06 < Δ 3/ft < 0. 22
其中，fl3T是在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距，ft是在遠攝端狀態 下作為整體的鏡頭系統的焦距，f2是第二鏡頭組的焦距，f4是第四鏡頭組的焦距，且△ 3是 第三鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
在圖像拾取設備的可變焦距鏡頭系統中，該條件表達式(1)定義了在遠攝端狀態 下第一到第三鏡頭組的組合焦距Π3Τ，且由于第一到第三鏡頭組的加強的組合折射力而要 最小化作為整體的鏡頭系統。
在該可變焦距鏡頭系統中，條件表達式(1)的最大值小于現有技術中的值，以便 縮短總鏡頭長度同時增加變焦比。
當H3T/ft超過條件表達式(1)的上限值時，在遠攝端狀態下的可變焦距鏡頭系 統的總鏡頭長度被加長，且因此可變焦距鏡頭系統尺寸增加，這與本發明的精神相反。
當fl3T/ft小于條件表達式(1)的下限值時，在遠攝端狀態下的可變焦距鏡頭中 的第四鏡頭組的放大率增加，且難以極好地校正在軸向像差中的變化，該變化由該鏡頭位 置狀態中的變化帶來。
條件表達式( 定義了在第二鏡頭組和第四鏡頭組之間的折射力比率，且極好地 校正了由于使得孔徑光闌前面和后面的折射力布置接近對稱類型而趨于在廣角端狀態中 發生的負畸變像差。
當f2/f4超過條件表達式O)的上限值時，可變焦距鏡頭系統加強了第四鏡頭組 的負折射力，且同時減弱第二鏡頭組的負折射力，在廣角端狀態下的第一鏡頭組上入射的 離軸光通量偏離光軸，且第一鏡頭組的鏡頭直徑增加。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，難以極好地校正在廣角端狀態下的屏幕的外圍部 分中發生的離軸像差，且可變焦距鏡頭系統不能充分地小型化。
當f2/f4小于條件表達式O)的下限值時，可變焦距鏡頭系統加強第二鏡頭組的 負折射力，且同時減弱第四鏡頭組的負折射力，且在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸 光通量接近光軸。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的 高度和遠攝端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的高度之間的通道范圍中不存在差異。 因此難以以很平衡的方式校正離軸像差的變化和光軸像差的變化，該變化隨著鏡頭位置狀 態改變而發生。
條件表達式( 定義在第三鏡頭組的行進量Δ 3和遠攝端狀態下的焦距ft之間 的比率，該第三鏡頭組的行進量Δ3由鏡頭位置狀態中的改變帶來，且要通過增加組合使 得彼此相鄰的鏡頭組具有相反的折射力來實現高可變放大倍率比。
當A3/ft超過條件表達式C3)的上限值時，在可變焦距鏡頭系統中的第三鏡頭組 的行進量增加，在第三鏡頭組和圖像表面之間的距離大大地改變，且出瞳位置的變化增加， 該變化由鏡頭位置狀態帶來。
結果，在可變焦距鏡頭系統中，通過遠攝端狀態下的第五鏡頭組的離軸光通量極 大地與光軸分離，且難以極好地校正在屏幕的外圍部分中發生的慧形像差。
另一方面，當A3/ft小于條件表達式(3)的下限值時，第三鏡頭組維持在類似的 位置上，而不管可變焦距鏡頭系統的鏡頭位置狀態，且第二鏡頭組的橫向放大率在廣角端 狀態和遠攝端狀態下極大地改變。
結果，可變焦距鏡頭系統不能極好地校正離軸像差的變化，該變化由鏡頭位置狀 態的改變帶來，且難以充分地改進可變焦距鏡頭系統的性能。
另一種可變焦距鏡頭系統，通過從物體側到圖像側依次排列具有正折射力的第一 鏡頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡 頭組和具有正折射力的第五鏡頭組形成，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變到遠攝 端狀態時，所述第一鏡頭組、所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組在光軸的方向上移動，所述 第二鏡頭組移動到圖像側，且所述第三鏡頭組移動到物體側，使得在所述第一鏡頭組和所 述第二鏡頭組之間的間隔增加，所述第二鏡頭組和所述第三鏡頭組之間的間隔減少，所述 第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的間隔增加，且所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間 的間隔改變，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位于物體側，孔徑光闌與 第三鏡頭組整體地移動，并且所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(9)到(10)
(9)0. 4 < fl/ft < 0. 6
(10)0. 15 < Δ 1/ft < 0. 45
其中，Π是第一鏡頭組的焦距，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦 距，且Δ 1是第一鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
因此，在另一可變焦距鏡頭系統中，保證第一鏡頭組的充分折射力，且第一鏡頭組 的行進量減少。
上述另一可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(11)
(11)0. 8 < Lt/ft < 1. 1
其中，Lt是在遠攝端狀態下的總長度。
當其他可變焦距鏡頭系統滿足條件表達式(11)時，保證從廣角端到遠攝端的每 個組的充分行進距離，且抑制了像差的發生。
上述另一可變焦距鏡頭系統期望滿足以下條件表達式(12)
(12) -2. 5 < f4/ (fw · ft)1/2 < _1· 3
其中，f4是第四鏡頭組的焦距，且fw是在廣角端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距。
當其他可變焦距鏡頭系統滿足條件表達式(1 時，保證第四鏡頭組的充分折射 力，且可以極好地校正離軸像差。
在上述另一可變焦距鏡頭系統中，期望通過結合位于物體側的負鏡頭和位于圖像 側的正鏡頭而形成的粘合鏡頭和位于所述粘合鏡頭的圖像側的正鏡頭來形成所述第一鏡 頭組。
如上所述形成的第一鏡頭組抑制球面像差和彩色像差的發生。
在上述另一可變焦距鏡頭系統中，期望通過結合位于物體側的雙凹形的負鏡頭和 位于圖像側的雙凸形的正鏡頭而形成的粘合鏡頭和位于粘合鏡頭的物體側且具有面對圖 像側的凹面的彎月形的負鏡頭，來形成所述第二鏡頭組。
如上所述形成的第二鏡頭組抑制離軸像差的發生。
在上述另一可變焦距鏡頭系統中，期望通過結合位于物體側的雙凸形的正鏡頭和 位于圖像側的雙凹形的負鏡頭而形成的粘合鏡頭和位于所述粘合鏡頭的圖像側的正鏡頭 來形成所述第三鏡頭組。
如上所述形成的第三鏡頭組抑制球面像差的變化。
在上述另一可變焦距鏡頭系統中，期望通過雙凹形的負鏡頭來形成第四鏡頭組。
如上所述形成的第四鏡頭組抑制球面像差的變化。
在上述另一可變焦距鏡頭系統中，期望通過結合位于物體側的雙凸形的正鏡頭和 位于圖像側并具有面對物體側的雙凹面的彎月形的負鏡頭來形成所述第五鏡頭組。
如上所述形成的第五鏡頭組抑制根據拍攝距離發生的像差變化。
另一種圖像拾取設備，包括可變焦距鏡頭系統；以及圖像拾取元件，用于將可變 焦距鏡頭系統形成的光圖像轉換為電信號；其中，所述可變焦距鏡頭系統通過從物體側向 圖像側依次排列具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力 的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五鏡頭組而形成，其中， 第一鏡頭組、第四鏡頭組和第五鏡頭組在光軸的方向上移動，第二鏡頭組移動到圖像側，第 三鏡頭組移動到物體側，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位于物體側， 使得當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，在第一鏡頭組和第二鏡頭組之間 的間隔增加，在第二鏡頭組和第三鏡頭組之間的間隔降低，在第三鏡頭組和第四鏡頭組之 間的間隔增加，且在第四鏡頭組和第五鏡頭組之間的間隔變化，且孔徑光闌與第三鏡頭組 整體地移動，且該另一可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(9)到(10)
(9)0. 4 < fl/ft < 0. 6
(10)0. 15 < Δ 1/ft < 0. 45
其中，Π是第一鏡頭組的焦距，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距，且Δ 1是第一鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
因此，在另一圖像拾取設備中，確保第一鏡頭組的充分折射力，且第一鏡頭組的行 進量減少。
根據本發明的實施例和本發明的另一實施例的可變焦距鏡頭系統可以實現比現 有技術更高的可變放大倍率比和更小尺寸兩者。
另外，根據本發明的上述實施例的圖像拾取設備可以通過實現比現有技術更高的 可變放大倍率比和更小的尺寸的可變焦距鏡頭系統來實現更高的性能。


圖1是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的每個實施例中的折射力分布的 圖2是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的第一實施例的鏡頭配置的圖3，結合圖4到7，是其中具體數值應用于第一實施例的數字例子的像差的圖，該 圖示出在廣角端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差；
圖4是示出在第一中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖5是示出在第二中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖6是示出在第三中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖7是示出在遠攝端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的圖8是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的第二實施例的鏡頭配置的圖9，結合圖10到13，是其中具體數值應用于第二實施例的數字例子的像差的圖， 該圖示出在廣角端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差；
圖10是示出在第一中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖11是示出在第二中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖12是示出在第三中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖13是示出在遠攝端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的圖14是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的第三實施例的鏡頭配置的圖15，結合圖16到19，是其中具體數值應用于第三實施例的數字例子的像差的 圖，該圖示出在廣角端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差；
圖16是示出在第一中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖17是示出在第二中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的 圖18是示出在第三中間焦距狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的圖19是示出在遠攝端狀態下的球面像差、散光、畸變像差、和橫向像差的圖20是示出在根據本發明的另一可變焦距鏡頭系統的每個實施例中的折射力分 布的圖21是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的第四實施例的鏡頭配置的圖22，結合圖23到27，是其中具體數值應用于第四實施例的數字例子的像差的 圖，該圖示出在廣角端狀態下的球面像差、散光、和畸變像差；
圖23是示出在遠攝端狀態下的橫向像差的圖M是示出在中間焦距狀態下的球面像差、散光、和畸變像差的圖25是示出在中間焦距狀態下的橫向像差的圖沈是示出在遠攝端狀態下的球面像差、散光、和畸變像差的圖27是示出在遠攝端狀態下的橫向像差的圖觀是示出在根據本發明的可變焦距鏡頭系統的第五實施例的鏡頭配置的圖29，結合圖30到34，是其中具體數值應用于第五實施例的數字例子的像差的 圖，該圖示出在廣角端狀態下的球面像差、散光、和畸變像差；
圖30是示出在遠攝端狀態下的橫向像差的圖31是示出在中間焦距狀態下的球面像差、散光、和畸變像差的圖32是示出在中間焦距狀態下的橫向像差的圖33是示出在遠攝端狀態下的球面像差、散光、和畸變像差的圖34是示出在遠攝端狀態下的橫向像差的圖；以及
圖35是示出圖像拾取設備的實施例的方框圖。
具體實施方式
在本發明中，其焦點隨著焦距的改變而改變的鏡頭系統將被稱為可變焦距鏡頭系 統(variable focal length lens system)。另一方面，變焦鏡頭(zoom lens)是其焦點艮口 使當焦距改變時也不改變的鏡頭系統，且因此被定位作為可變焦距鏡頭系統之一。
[根據本發明的實施例的可變焦距鏡頭系統和根據本發明的實施例的圖像拾取設
以下將描述用于進行根據本發明的可變焦距鏡頭系統和根據本發明的圖像拾取 設備的最佳模式(實施例)。
[可變焦距鏡頭系統的配置]
根據本發明的實施例的可變焦距鏡頭系統包括從物體側依次包括具有正折射力 的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的 第四鏡頭組和具有正折射力的第五鏡頭組。
具體地，在可變焦距鏡頭系統中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變到遠攝端狀 態時，在第一鏡頭組和第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在第二鏡頭組和第三鏡頭組之間 的空氣間隔降低，在第三鏡頭組和第四鏡頭組之間的空氣間隔增加，且在第四鏡頭組和第 五鏡頭組之間的空氣間隔改變，且在一旦移動到圖像側之后，第一鏡頭組移動到物體側，第 二鏡頭組移動到圖像側，第三鏡頭組移動到物體側，第四鏡頭組可在光軸的方向上移動，且第五鏡頭組移動以便補償圖像表面位置的變化，圖像表面位置的變化由每個鏡頭組的移動 帶來。
順帶提及，在可變焦距鏡頭系統中，孔徑光闌置于第三鏡頭組的附近，例如在第三 鏡頭組的物體側，且在不依賴于第三鏡頭組的狀態下移動。
通過將具有負折射力的第四鏡頭組置于可變焦距鏡頭系統中來實現在以下的三 個效果[A]、[B]和[C]。
[A]通過加強在正方向上的第一到第三鏡頭組的組合折射力小型化作為整體的鏡 頭系統。
[B]通過使得作為整體的鏡頭系統的折射力安排接近于對稱類型極好地校正畸變像差。
[C]通過增加鏡頭組的力(power)變化效果防止光學性能的劣化，該劣化由放大 率的增加帶來。
另一方面，在具有正、負、正和正力的四組類型變焦鏡頭中，第一到第三鏡頭組的 組合折射力弱，且難以縮短總焦距。
這是因為具有正、負、正和正力的四組類型變焦鏡頭通過將具有正、負和正力的三 組類型鏡頭的第三鏡頭組劃分為兩個正鏡頭組來形成，且該四組類型變焦鏡頭具有通過改 變兩個正鏡頭組之間的間隔來抑制離軸像差的變化的期望，該變化由鏡頭位置的變化帶來。
在該狀態下，通過形成具有正、負、正和正力的四組類型變焦鏡頭以便在第三鏡頭 組和第四鏡頭組之間的光線基本上是平行光，當兩個鏡頭組(即第三鏡頭組和第四鏡頭 組)之間的間隔改變時，球面像差不改變，但僅離軸像差改變。
實際上，在可變焦距鏡頭系統中，通過在第一到第三鏡頭組和第五鏡頭組之間安 置具有負折射力的第四鏡頭組，可以加強第一到第三鏡頭組的組合折射力。結果，在第一到 第三鏡頭組之間的相互間隔縮短，且因此總鏡頭長度可以縮短。可變焦距鏡頭系統可以因 此提供上述效果[A]。
另外，可變焦距鏡頭系統包括分別是正、負、正、負和正的第一到第五鏡頭組，且具 有置于第三鏡頭組附近的孔徑光闌，由此可以在孔徑光闌的物體側和圖像側排列至少一個 正鏡頭和一個負鏡頭。
結果，在可變聚焦鏡頭系統中，在孔徑光闌前面和后面的折射力布置接近于對稱 類型，且可以極好地校正在廣角端狀態下趨于發生的負畸變像差。從而可變焦距鏡頭系統 可以提供上述效果[B]。
將描述在可變焦距鏡頭系統中的每個鏡頭組的功能。通常，讓φΑ和φΒ為兩個鏡 頭組GA和GB的折射力，且讓d為鏡頭組GA和GB之間的間隔，組合折射力φ被表達式為 φ= φΑ + φΒ - φΑ·φΒ·(1。
當鏡頭組GA和GB的折射力具有不同的符號時，兩個鏡頭組GA和GB的折射力彼 此抵消，以便組合折射力φ的φΑ + φΒ具有低值，且φΑ·φΒ維持。這意味著，φΑ·φΒ極大地 影響了組合折射力φ，且當間隔d改變時，組合折射力φ容易改變。
另一方面，當鏡頭組GA和GB的折射力具有相同的符號時，兩個鏡頭組GA和GB的 折射力彼此加強，以便組合折射力φ的φΑ +φΒ具有高值。這意味著，φΑ+φΒ極大地影響了組合折射力φ，且當間隔d改變時，組合折射力φ改變小的程度。
也就是說，可以通過增加組合以便彼此相鄰的鏡頭組具有相反的折射力來實現高 可變放大倍率比。因此，通過從物體側依次排列分別是正、負、正、負和正的第一到第五鏡頭 組，可變焦距鏡頭系統可以由此提供上述效果[C]。
接下來將描述可變焦距鏡頭系統的像差校正功能。在廣角端狀態下，通過第一鏡 頭組和第二鏡頭組的離軸光通量由于廣角視角而遠離光軸。因此，在可變聚焦鏡頭系統中， 通過彼此靠近地排列第一鏡頭組和第二鏡頭組來防止通過第一鏡頭組的離軸光通量擴散 得太多。
當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，可變焦距鏡頭系統縮窄了視 角，且縮短了在第二鏡頭組和孔徑光闌之間的距離，以便通過第一鏡頭組和第二鏡頭組的 離軸光通量接近光軸。
因此，可變焦距鏡頭系統可以使用通過第一鏡頭組和第二鏡頭組的離軸光通量的 高度的這種變化極好地校正離軸像差的變化，該變化由鏡頭位置狀態的改變帶來。
在可變焦距鏡頭系統中，在孔徑光闌的圖像側排列第四鏡頭組和第五鏡頭組，以 便當鏡頭位置狀態改變時，在孔徑光闌、第四鏡頭組和第五鏡頭組之間的距離改變。
結果，在可變聚焦鏡頭系統中，通過第四鏡頭組和第五鏡頭組的離軸光通量的高 度改變，且因此可以極好地校正離軸像差的變化，該變化由鏡頭位置狀態的改變帶來。
接下來將具體描述使用條件表達式的可變聚焦鏡頭系統的特征。實際上，可變焦 距鏡頭系統包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力 的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五鏡頭組，從物體側依次 排列第一鏡頭組、第二鏡頭組、第三鏡頭組、第四鏡頭組和第五鏡頭組，其中，當鏡頭位置狀 態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組移動，以便在第一鏡頭組合第二鏡頭組 之間的空氣間隔增加，在第二鏡頭組合第三鏡頭組之間的空氣間隔降低，在第三鏡頭組和 第四鏡頭組之間的空氣間隔增加，且在第四鏡頭組合第五鏡頭組之間的空氣間隔變化，第 二鏡頭組移動到圖像側，第三鏡頭組移動到物體則，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下第 一鏡頭組位于物體側，且孔徑光闌被安置在第三鏡頭組附近，且可變焦距鏡頭系統滿足以 下條件表達式(1)
(1)0. 95 < fl3T/ft < 1. 4
其中，fl3T是在遠攝端狀態下的第一到第三鏡頭組的組合焦距，且ft是在遠攝端 狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距。
該條件表達式(1)定義了在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距Π3Τ，且 由于第一到第三鏡頭組的加強的組合折射力要提供上述效果[A]。
該可變焦距鏡頭系統特征為，條件表達式(1)的最大值小于現有技術中的值，以 便縮短總鏡頭長度同時增加變焦比。
當fl3T/ft超過條件表達式(1)的上限值時，在遠攝端狀態下的可變焦距鏡頭系 統的總鏡頭長度被加長，且因此可變焦距鏡頭系統尺寸增加，這與本發明的精神相反。
當fl3T/ft小于條件表達式(1)的下限值時，在遠攝端狀態下的可變聚焦鏡頭中 的第四鏡頭組的放大率增加，且難以極好地校正在軸向像差中的變化，該變化由該鏡頭位 置狀態中的變化帶來。
另外，可變焦距鏡頭系統包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二 鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五 鏡頭組，從物體側依次排列第一鏡頭組、第二鏡頭組、第三鏡頭組、第四鏡頭組和第五鏡頭 組，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組移動，以便在第 一鏡頭組合第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在第二鏡頭組合第三鏡頭組之間的空氣間隔 降低，在第三鏡頭組和第四鏡頭組之間的 空氣間隔增加，且在第四鏡頭組合第五鏡頭組之 間的空氣間隔變化，第二鏡頭組移動到圖像側，第三鏡頭組移動到物體則，相比于廣角端狀 態，在遠攝端狀態下第一鏡頭組位于物體側，且孔徑光闌被安置在第三鏡頭組附近，且可變 焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(2)(2)0. 08 < f2/f4 < 0. 3其中，f2是第二鏡頭組的焦距，且f4是第四鏡頭組的焦距。條件表達式(2)定義了在第二鏡頭組和第四鏡頭組之間的折射力比，且由于使得 孔徑光闌前面和后面的折射力布置接近對稱類型而提供上述效果[B]。當f2/f4超過條件表達式(2)的上限值時，可變焦距鏡頭系統加強了第四鏡頭組 的負折射力，且同時減弱第二鏡頭組的負折射力，在廣角端狀態下入射在第一鏡頭組上的 離軸光通量偏離光軸，且第一鏡頭組的鏡頭直徑增加。結果，在可變焦距鏡頭系統中，難以極好地校正在廣角端狀態下的屏幕的外圍部 分中發生的離軸像差，且可變焦距鏡頭系統不可能充分地小型化。當f2/f4小于條件表達式(2)的下限值時，可變焦距鏡頭系統加強第二鏡頭組的 負折射力，且同時減弱第四鏡頭組的負折射力，且在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸 光通量接近光軸。結果，在可變焦距鏡頭系統中，在廣角端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的 高度和遠攝端狀態下通過第二鏡頭組的離軸光通量的高度之間的通道范圍中不存在差異。 因此難以以很平衡的方式校正離軸像差中的變化和光軸像差中的變化，該變化隨著鏡頭位 置狀態改變而發生。另外，可變焦距鏡頭系統包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二 鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五 鏡頭組，從物體側依次排列第一鏡頭組、第二鏡頭組、第三鏡頭組、第四鏡頭組和第五鏡頭 組，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組移動，以便在第 一鏡頭組合第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在第二鏡頭組合第三鏡頭組之間的空氣間隔 降低，在第三鏡頭組和第四鏡頭組之間的空氣間隔增加，且在第四鏡頭組合第五鏡頭組之 間的空氣間隔變化，第二鏡頭組移動到圖像側，第三鏡頭組移動到物體則，相比于廣角端狀 態，在遠攝端狀態下第一鏡頭組位于物體側，且孔徑光闌被安置在第三鏡頭組附近，且可變 焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(3)(3) 0. 06 < Δ 3/ft < 0. 22其中，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距，且Δ 3是第三鏡頭組從 廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。條件表達式(3)定義第三鏡頭組的行進量Δ 3和遠攝端狀態下的焦距ft之間的 比率，第三鏡頭組的行進量Δ3由鏡頭位置狀態的變化帶來，且要提供上述效果[C]。
讓Z為變焦比(ft/fw)，條件表達式(3)的分母ft可以被寫為ft = fwZ。然后， 通過用fw · Z替換分母ft并歸一化fw，條件表達式(3)還可以被說為定義Δ3/Ζ。當A3/ft超過條件表達式(3)的上限值時，在可變焦距鏡頭系統中的第三鏡頭組 的行進量增加，在第三鏡頭組和圖像表面之間的距離大大地改變，且出瞳位置的變化增加， 該變化由鏡頭 位置狀態帶來。結果，在可變焦距鏡頭系統中，遠攝端狀態下通過第五鏡頭組的離軸光通量大大 地與光軸分離，且難以極好地校正在屏幕的外圍部分中發生的慧形像差。另一方面，當A3/ft小于條件表達式(3)的下限值時，第三鏡頭組維持在類似的 位置上，而不管可變焦距鏡頭系統的鏡頭位置狀態，且第二鏡頭組的橫向放大率在廣角端 狀態和遠攝端狀態下極大地改變。結果，可變焦距鏡頭系統不能極好地校正離軸像差的變化，該變化由鏡頭位置狀 態的改變帶來，且難以充分地改進可變焦距鏡頭系統的性能。通過適當地設置廣角端狀態和遠攝端狀態下的第二鏡頭組的橫向放大率，可在性 能上改進并小型化可變焦距鏡頭系統，且期望滿足以下條件表達式(4)，具體地(4) 0. 35 < β 2w · β 2t < 0. 6其中，i32w是在廣角端狀態下的第二鏡頭組的橫向放大率，且i32t是在遠攝端狀 態下的第二鏡頭組的橫向放大率。條件表達式(4)定義第二鏡頭組的橫向放大率。可變焦距鏡頭系統可以在鏡頭直 徑上減少，同時通過滿足條件表達式(4)來實現預定的光學性能。當β 2w · β 2t小于條件表達式(4)的下限值時，在廣角端狀態下可變焦距鏡頭系 統中的第五鏡頭組位于很靠近圖像側的位置，接近圖像表面，且在遠攝端狀態下與圖像表 面分離，具體地，在廣角端狀態下去往屏幕的外圍部分的光通量由第五鏡頭組很強地折射。結果，可變焦距鏡頭系統使得在屏幕的外圍部分中的像差的高程度，且因此不能 提供預定光學性能。另一方面，當β 2w · β 2t超過條件表達式(4)的上限值時，在遠攝端狀態下可變 焦距鏡頭系統中的第五鏡頭組位于很靠近圖像側的位置，與圖像表面分離，且在遠攝端狀 態下接近圖像表面，且出瞳位置的變化極大地增加，該變化由鏡頭位置狀態帶來。結果，在可變焦距鏡頭系統中，具體地，在遠攝端狀態下去往屏幕的外圍部分的光 通量由芯片上鏡頭(on-chip lens)共享。因此，周圍光量必須進一步增加，且難以實現鏡 頭鏡頭的減少。當被攝體位置改變時，可變焦距鏡頭系統期望在光軸的方向上移動第五鏡頭組， 且期望滿足以下條件表達式(5)(5)0. 45 < β 5t < 0. 7其中，β 5t是在遠攝端狀態下的第五鏡頭組的橫向放大率。在可變焦距鏡頭系統中，用于聚焦調整的第五鏡頭組位于鏡頭系統的圖像側的最 前面。因此，軸向光通量和離軸光通量以分開狀態通過第五鏡頭組。由此，當被攝體位置改 變時，可變聚焦鏡頭系統容易校正當第五鏡頭組移動時發生的離軸像差的變化，且可以提 供高的光學性能，而不管被攝體距離。條件表達式(5)定義在遠攝端狀態下的第五鏡頭組的橫向放大率。當i3 5t超過條件表達式(5)的上限值時，在可變聚焦鏡頭系統中的第五鏡頭組的行進量增加，該行進 量由被攝體位置的變化帶來。因此，在可變焦距鏡頭系統中，用于給定被攝體的第五鏡頭組的鏡頭行進量增加， 且第五鏡頭組的工作負載也增加。結果，在可變焦距鏡頭系統中，操作速度不增加，且用戶 具有不舒適的感覺，或者驅動系統在尺寸上增加，且鏡頭筒(barrel)尺寸增加，另一方面，當β 5t小于條件表達式(5)的下限值時，在可變焦距鏡頭系統的遠攝 端狀態下的第一到第四鏡頭組的組合折射力減弱。因此，在遠攝端狀態下的總鏡頭長度加 長，且可變焦距鏡頭系統在尺寸上增加。另外，可變焦距鏡頭系統期望滿足條件表達式(6)以便進一步縮短在遠攝端狀態 下的總鏡頭長度(6)0. 3 < fl/ft < 0. 5 其中，fl是第一鏡頭組的焦距。條件表達式(6)定義第一鏡頭組的焦距fl。當fl/ft超過條件表達式(6)的上限 值時，可變焦距鏡頭系統不可縮短遠攝端狀態下的總鏡頭長度，且因此不能進一步小型化。另一方面，當fl/ft小于條件表達式(6)的下限值時，通過可變焦距鏡頭系統的遠 攝端狀態下的第一鏡頭組的離軸光通量遠離光軸，且導致鏡頭直徑的增加。另外，在可變焦距鏡頭系統中，通過適當地設置第一鏡頭組的行進量，該行進量由 鏡頭位置狀態的變化帶來，使得鏡頭直徑的降低和性能的改進彼此相容，且可以實現性能 上的進一步改進。此時，期望滿足條件表達式(7)。(7)0. 03 < Δ 1/ft < 0. 2其中，Δ 1是在廣角端狀態和遠攝端狀態下的第一鏡頭組的改變量(假設從圖像 表面到物體側的方向是正方向)。條件表達式(7)定義第一鏡頭組的行進量，該行進量由鏡頭位置狀態的變化帶 來。讓Z為變焦比(ft/fw)，條件表達式(7)的分母ft可以被寫為ft = fwZ。然后，通 過用fw · Z替換分母ft并歸一化fw，條件表達式(7)還可以被說為定義Δ 1/Ζ。當Δ 1/ft超過條件表達式(7)的上限值時，在廣角端狀態下的可變焦距鏡頭系統 的總鏡頭長度縮短，且第二鏡頭組的負折射力加強，且同時，通過第一鏡頭組和第二鏡頭組 的離軸光通量接近光軸。結果，在可變焦距鏡頭設備中，難以極好地校正離軸像差的變化， 該變化由鏡頭位置狀態的變化帶來。另一方面，當Δ 1/ft小于條件表達式(7)的下限值時，在廣角端狀態下的可變焦 距鏡頭系統的總鏡頭長度加長。在這種情況下，當在廣角端狀態下的可變焦距鏡頭系統的 總鏡頭長度加長時，第一鏡頭組從收縮狀態到廣角端狀態的行進量增加，使得鏡頭筒的旋 轉量增加，該旋轉量是進行從收縮狀態向廣角端狀態轉變所需要的，且從廣角端狀態到遠 攝端狀態的旋轉角度減少。結果，在可變焦距鏡頭系統中，用于移動每個鏡頭組的凸輪(cam)的傾斜角增加 得太大，且因此可能不形成鏡頭筒。在可變焦距鏡頭系統中，可以通過增加鏡頭筒的直徑來 降低凸輪的傾斜角。但是，鏡頭筒的增加的直徑導致了在攜帶時的相機的尺寸的增加。另外，可變焦距鏡頭系統期望滿足條件表達式(8)以通過即使當獲得非常高的變 焦放大率時也縮短遠攝端狀態下的總鏡頭長度來小型化。
(8) 0. 7 < TLt/ft <0.9其中，TLt是在遠攝端狀態下的總鏡頭長度。該條件表達式(8)定義在遠攝端狀態下的總鏡頭長度，且特征為小于1. 0。當TLt/ft超過條件表達式(8)的上限值時，可變焦距鏡頭系統增加相機的尺寸， 且因此削弱了便攜性，這與本發明的精神相反。這是因為在遠攝端狀態下的總鏡頭長度加 長，且通過根據本發明的實施例的變焦類型而小型化的效果丟失。另一方面，當TLt/ft小于條件表達式(8)的下限值時，可變焦距鏡頭系統不能在 制造時提供穩定的光學性能。這是因為在遠攝端狀態下的總鏡頭長度變得極短，且甚至在 制造時發生的微小軸偏(minute decentration)也極大地劣化了光學性能。順帶提及，在根據本發明的實施例的可變焦距鏡頭系統中，期望如下形成每個鏡 頭組以便實現高的光學性能和小型化兩者。在可變焦距鏡頭系統中，為了實現更高的性能，期望從物體側依次通過負鏡頭和 正鏡頭的粘合鏡頭和位于該粘合鏡頭的圖像側的兩個正鏡頭來形成第一鏡頭組。因為使得軸向光通量入射到特別是在遠攝端狀態下具有大光通量直徑的第一鏡 頭組，因此負球面像差趨于發生。另外，因為使得離軸光通量在與光軸分離的狀態下入射到 第一鏡頭組上，因此離軸像差趨于發生。在該可變焦距鏡頭系統中，由負鏡頭和正鏡頭形成的粘合鏡頭位于第一鏡頭組中 的物體側的最前面，由此極好地校正負球面像差和縱向彩色像差。順帶提及，在可變焦距鏡頭系統中，位于第一鏡頭組中的粘合鏡頭的圖像側的兩 個正鏡頭極好地校正了慧形像差的主要變化，該變化由視角的變化帶來。通過劃分每個鏡 頭的功能，可以實現甚至更高的光學性能。順帶提及，在可變焦距鏡頭系統中，為了實現甚至更高的性能，在被分離為兩個鏡 頭(即正鏡頭和負鏡頭)的狀態下，期望形成第一鏡頭組中的粘合鏡頭。另外，在可變焦距鏡頭系統中，為了極好地校正在第二鏡頭組中發生的各種像差 且獲得甚至更好的光學性能，期望由兩個部分組(即第一部分組和第二部分組)來形成第
二鏡頭組。具體地，第一部分組由具有面對圖像側的凹面的彎月形的負鏡頭來形成，且其在 廣角端狀態下位于離孔徑光闌一定距離處。因此，通過的光線的高度根據視角的改變而極 大地改變。因此，第一部分組適用于校正離軸像差。第二部分組由至少一個負鏡頭和一個正鏡頭構成，且從物體側依次通過雙凹形的 負鏡頭和具有面對物體側的凸面的正鏡頭來形成。第二部分組的構成通過使得正鏡頭和負 鏡頭形成粘合鏡頭來簡化，或可以通過由正鏡頭和負鏡頭的粘合鏡頭形成正鏡頭來實現甚 至更高的性能。另外，第二鏡頭組被置于靠近孔徑光闌，且因此主要意圖校正軸向像差。因此，第 二鏡頭組期望是雙合(doublet)配置或三合(triplet)配置。在該可變焦距鏡頭系統中，第二鏡頭組由兩個部分組(即上述的第一部分組和第 二部分組)來形成，由此清楚地劃分在像差校正中的角色，且獲得極好的成像性能。在可變焦距鏡頭系統的第三鏡頭組中，具有面對物體側的凸面的正鏡頭期望位于 物體側的最前面。由此，可以縮短可變焦距鏡頭系統的總鏡頭長度。
具體地，通過向第三鏡頭組給予通過從物體側依次排列三個鏡頭(即第一正鏡 頭、負鏡頭和第二正鏡頭)而形成的所謂三合配置，可以獲得高的光學性能，而不管第三鏡 頭組的位置狀態。另外，通過將第三鏡頭組中的第一正鏡頭和負鏡頭形成為粘合鏡頭，可以通過兩 個鏡頭塊來形成第三鏡頭組，且因此在制造時也可以獲得穩定的光學性能。順帶提及，通 過將在第三 鏡頭組中的物體側最前的鏡頭表面形成為非球面形，即使在強的折射力的情況 下，也可以極好地校正負球面像差。可變焦距鏡頭系統的第四鏡頭組期望具有通過從物體側依次排列三個鏡頭(即 第一負鏡頭、正鏡頭和第二負鏡頭)而形成的三合配置。結果，可變焦距鏡頭系統可以通過 第四鏡頭組自身校正在第四鏡頭組中發生的軸向像差和離軸像差。因此，可以實現甚至更 高的性能，而不考慮鏡頭位置狀態。可變焦距鏡頭系統的第五鏡頭組期望具有通過從物體側依次排列具有面對物體 側的凸面的正鏡頭和具有面對圖像側的凹面的負鏡頭而形成的雙合配置。由此，可變焦距 鏡頭系統可以同時校正離軸像差和軸向像差，且極好地校正當被攝體位置改變時發生的各 種像差的變化。順帶提及，還可以通過相對低散射(dispersion)的單鏡頭來形成第五鏡頭組。另外，在可變焦距鏡頭系統中，高不規則可散射性的玻璃材料期望用于第一鏡頭 組以便更好地抑制彩色像差的變化。具體地，形成在可變焦距鏡頭系統中的第一鏡頭組的 粘合鏡頭的正鏡頭的高不規則可散射性的玻璃材料使得可能極好地校正在遠攝端狀態下 的屏幕的中心部分中發生的二級散射。另外，可變焦距鏡頭系統可以通過使用第一到第五鏡頭組的非球面鏡頭來實現甚 至更高的光學性能。具體地，通過使用在第二鏡頭組中的非球面鏡頭，可變焦距鏡頭系統還 可以極好地校正由于在廣角端狀態下出現的視角而產生的彗形像差的變化。順帶提及，在 可變焦距鏡頭系統中，不需要說，可以通過使用在一個光學系統中的多個非球面來獲得甚 至更高的光學性能。另外，可變焦距鏡頭系統可以通過在基本上垂直于光軸的方向上偏移形成光學系 統的第一到第五鏡頭組中的一個鏡頭組或一個鏡頭組的鏡頭組件的一部分，來關于圖像表 面來偏移圖像位置。具體地，在可變焦距鏡頭系統中，在基本上垂直于光軸的方向上偏移第 三鏡頭組，且可以減少此時的像差變化。實際上，能夠偏移這種圖像位置的可變焦距鏡頭系統可以與用于通過檢測相機的 降低作為移動角度來獲得手移動信息的檢測系統、用于基于手移動信息計算校正手移動所 需的鏡頭位置信息、和用于根據鏡頭位置信息來偏移一個鏡頭的驅動系統組合。可變焦距鏡頭系統由此使得相機用作通過鏡頭移動來消除或減輕由于在快門釋 放時發生的手移動等而造成的圖像模糊的抗震相機。順帶提及，可變焦距鏡頭系統當然允許低通濾波器置于其中，以防止在鏡頭系統 的圖像側的所謂疊柵條紋(moire fringe)，或根據光接收元件的光譜敏感特性允許紅外截 止濾光器置于其中。[根據本發明的實施例的可變焦距鏡頭系統的數值例子]以下將參考附圖(見圖1到19)和表(見表1到12)描述其中具體數值被應用于根據本發明的前述實施例的可變焦距鏡頭系統的數值例子。在每個數值例子中，通過以下 等式1來表達非球面
[等式 1] 其中，y是離光軸的高度，χ是垂度(sag)的量，c是曲率(curvature)，k是二次曲 線常數(conic constant)，且A，B，...是非球面系數。圖1示出了根據本發明的每個數值例子的作為整體的可變焦距鏡頭系統1的折射 力布置，可變焦距鏡頭系統通過從物體側依次的具有正折射力的第一鏡頭組G1、具有負折 射力的第二鏡頭組G2、具有正折射力的第三鏡頭組G3、具有負折射力的第四鏡頭組G4和具 有正折射力的第五鏡頭組G5來形成。在可變焦距鏡頭系統1中，在從廣角端狀態到遠攝端狀態的倍率變化中，在第一 鏡頭組Gl和第二鏡頭組G2之間的空氣間隔增加，第二鏡頭組G2和第三鏡頭組G3之間的 空氣間隔降低，第三鏡頭組G3和第四鏡頭組G4之間的空氣間隔增加，且第四鏡頭組和第五 鏡頭組之間的空氣間隔改變。此時，在一旦移動到圖像側之后，第一鏡頭組Gl移動到物體側，第二鏡頭組G2移 動到圖像側，第三鏡頭組G3移動到物體側，第四鏡頭組G4在光軸的方向上移動同時描述S 或反S的形狀的曲線，且第五鏡頭組G5在一旦移動到物體側之后移動到圖像側。順帶提 及，第五鏡頭組G5移動以便補償圖像表面位置的變化，圖像表面位置的變化由每個鏡頭組 的移動帶來，且在短范圍聚焦時移動到物體側。<第一實施例(第一數值例子)>圖2示出了第一數值例子中的可變焦距鏡頭系統11，可變焦距鏡頭系統11通過從 物體側依次的具有正折射力的第一鏡頭組G1、具有負折射力的第二鏡頭組G2、具有正折射 力的第三鏡頭組G3、具有負折射力的第四鏡頭組G4和具有正折射力的第五鏡頭組G5來形 成。在該可變焦距鏡頭系統11中，通過具有面對物體側的凸面的彎月形的負鏡頭和 具有面對物體側的凸面的正鏡頭的粘合鏡頭L11、具有面對物體側的凸面的彎月形的正鏡 頭L12和具有面對物體側的凸面的彎月形的正鏡頭L13來形成第一鏡頭組G1。通過具有面對圖像側的凹面的負鏡頭L21、雙凹形的負鏡頭L22和雙凸形的正鏡 頭L23來形成第二鏡頭組G2。通過具有面對物體側的凸面的彎月形的正鏡頭和具有面對圖像側的凹面的彎月 形的負鏡頭的粘合鏡頭L31和雙凸形的正鏡頭L32來形成第三鏡頭組G3。通過具有面對物體側的凹面的彎月形的負鏡頭L41、雙凸形的正鏡頭L42和具有 面對圖像側的凹面的彎月形的負鏡頭L43來形成第四鏡頭組G4。通過雙凸形的正鏡頭和具有面對物體側的凹面的彎月形的負鏡頭的粘合鏡頭L5 來形成第五鏡頭組G5。第五鏡頭組G5用于聚焦調整。順帶提及，可變焦距鏡頭系統11具有位于第三鏡頭組G3的物體側在第三鏡頭組 G3附近的孔徑光闌S。孔徑光闌與第三鏡頭組G3整體地移動。順帶提及，在可變焦距鏡頭系統11中的第五鏡頭組G5和圖像表面IMG之間放置用于保護圖像表面IMG的IR截止濾 光器CF和密封玻璃SG。因此，具有上述鏡頭元件配置的可變焦距鏡頭系統11可以實現高的可變放大倍 率比和小型化兩者，且極好地校正鏡頭系統的各種像差。以下表1示出了在本發 明中的第一數值例子的規范值。在第一數值例子中的規范 表中，f表示焦距，FNO表示F-數，且2ω表示視角，且折射率是對應于d_線(587. 6nm的波 長)的值。順帶提及，在表1中的曲率半徑“0.0000”意思是平面。[表1]f 1. 002. 2847. 37715. 27733. 723FNO 2. 883. 554. 004. 164. 992 ω 86. 5639. 0512. 496. 072. 71 °
權利要求
1.一種可變焦距鏡頭系統，包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡 頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五鏡 頭組，從物體側依次排列所述第一鏡頭組、所述第二鏡頭組、所述第三鏡頭組、所述第四鏡 頭組和所述第五鏡頭組，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡 頭組移動，使得在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在所述第二鏡 頭組和所述第三鏡頭組之間的空氣間隔減少，在所述第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的 空氣間隔增加，且在所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間的空氣間隔變化，所述第二鏡 頭組移動到圖像側，所述第三鏡頭組移動到物體側，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所 述第一鏡頭組位于物體側，且孔徑光闌被安置在所述第三鏡頭組附近，并且可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(1)到(3)(1)0.95 < fl3T/ft < 1. 4(2)0.08 < f2/f4 < 0. 3(3)0.06 < A3/ft < 0. 22其中，fl3T是在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距，ft是在遠攝端狀態下作 為整體的鏡頭系統的焦距，f2是第二鏡頭組的焦距，f4是第四鏡頭組的焦距，且Δ 3是第三 鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
2.根據權利要求1的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(4)(4)0.35 < β 2w · β 2t < 0. 6其中，是在廣角端狀態下的第二鏡頭組的橫向放大率，且i32t是在遠攝端狀態下 的第二鏡頭組的橫向放大率。
3.根據權利要求1的可變焦距鏡頭系統，其中，當被攝體位置改變時，所述第五鏡頭組在光軸的方向上移動，且滿足以下條件表 達式(5)(5)0.45 < β 5t < 0. 7其中，β 5t是在遠攝端狀態下的第五鏡頭組的橫向放大率。
4.根據權利要求1的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(6)(6)0.3 < fl/ft < 0. 5其中，fl是第一鏡頭組的焦距。
5.根據權利要求4的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(7)(7)0.03 < Δ 1/ff < 0. 2其中，Δ 1是在廣角端狀態和遠攝端狀態下的第一鏡頭組的改變量，從圖像表面到物體 側的方向是正方向。
6.根據權利要求1的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(8)(8)0.7 < TLt/ft < 0. 9其中，TLt是在遠攝端狀態下的總鏡頭長度。
7.一種圖像拾取設備，包括可變焦距鏡頭系統；以及圖像拾取元件，用于將由所述可變焦距鏡頭系統形成的光學圖像轉換為電信號；其中所述可變焦距鏡頭系統包括具有正折射力的第一鏡頭組、具有負折射力的第二鏡 頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組、和具有正折射力的第五鏡 頭組，從物體側依次排列所述第一鏡頭組、所述第二鏡頭組、所述第三鏡頭組、所述第四鏡 頭組和所述第五鏡頭組，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變為遠攝端狀態時，每個鏡頭組 移動，使得在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的空氣間隔增加，在所述第二鏡頭組 和所述第三鏡頭組之間的空氣間隔減少，在所述第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的空氣 間隔增加，且在所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間的空氣間隔變化，所述第二鏡頭組 移動到圖像側，所述第三鏡頭組移動到物體側，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第 一鏡頭組位于物體側，且孔徑光闌被安置在所述第三鏡頭組附近，并且可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(1)到(3)(1)0.95 < fl3T/ft < 1. 4(2)0.08 < f2/f4 < 0. 3(3)0.06 < A3/ft < 0. 22其中，fl3T是在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距，ft是在遠攝端狀態下作 為整體的鏡頭系統的焦距，f2是第二鏡頭組的焦距，f4是第四鏡頭組的焦距，且Δ 3是第三 鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
8.—種可變焦距鏡頭系統，通過從物體側到圖像側依次排列具有正折射力的第一鏡頭 組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭組 和具有正折射力的第五鏡頭組形成，其中，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變到遠攝端狀態時，所述第一鏡頭組、所述第四 鏡頭組和所述第五鏡頭組在光軸的方向上移動，所述第二鏡頭組移動到圖像側，且所述第 三鏡頭組移動到物體側，使得在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的間隔增加，所述 第二鏡頭組和所述第三鏡頭組之間的間隔減少，所述第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的 間隔增加，且所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間的間隔改變，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位于物體側，孔徑光闌與第三鏡頭組整體地移動，以及所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(9)到(10)(9)0.4 < fl/ft < 0. 6(10)0.15 < Δ 1/ft < 0. 45其中，Π是第一鏡頭組的焦距，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距，且 Δ1是第一鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
9.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(11)(11)0.8 < Lt/ft < 1. 1其中，Lt是在遠攝端狀態下的總長度。
10.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(12) (12)-2. 5 < f4/ (fw · ft)1/2 < -1· 3其中，f4是第四鏡頭組的焦距，且fw是在廣角端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距。
11.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述第一鏡頭組由通過結合位于物體側的負鏡頭和位于圖像側的正鏡頭而形成 的粘合鏡頭和位于所述粘合鏡頭的圖像側的正鏡頭形成。
12.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述第二鏡頭組通過結合位于物體側的雙凹形的負鏡頭和位于圖像側的雙凸形 的正鏡頭而形成的粘合鏡頭和位于粘合鏡頭的物體側且具有面對圖像側的凹面的彎月形 的負鏡頭形成。
13.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述第三鏡頭組通過結合位于物體側的雙凸形的正鏡頭和位于圖像側的雙凹形 的負鏡頭而形成的粘合鏡頭和位于所述粘合鏡頭的圖像側的正鏡頭形成。
14.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述第四鏡頭組通過雙凹形的負鏡頭形成。
15.根據權利要求8的可變焦距鏡頭系統，其中，所述第五鏡頭組通過結合位于物體側的雙凸形的正鏡頭和位于圖像側并具有面 對物體側的凹面的彎月形的負鏡頭而形成的粘合鏡頭形成。
16.一種圖像拾取設備，包括 可變焦距鏡頭系統；以及圖像拾取元件，用于將由所述可變焦距鏡頭系統形成的光學圖像轉換為電信號； 其中所述可變焦距鏡頭系統通過從物體側到圖像側依次排列具有正折射力的第一鏡 頭組、具有負折射力的第二鏡頭組、具有正折射力的第三鏡頭組、具有負折射力的第四鏡頭 組、和具有正折射力的第五鏡頭組形成，當鏡頭位置狀態從廣角端狀態改變到遠攝端狀態時，所述第一鏡頭組、所述第四鏡頭 組和所述第五鏡頭組在光軸的方向上移動，所述第二鏡頭組移動到圖像側，且所述第三鏡 頭組移動到物體側，使得在所述第一鏡頭組和所述第二鏡頭組之間的間隔增加，所述第二 鏡頭組和所述第三鏡頭組之間的間隔減少，所述第三鏡頭組和所述第四鏡頭組之間的間隔 增加，且所述第四鏡頭組和所述第五鏡頭組之間的間隔改變，相比于廣角端狀態，在遠攝端狀態下所述第一鏡頭組位于物體側， 孔徑光闌與第三鏡頭組整體地移動，以及 所述可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(9)到(10)(9)0.4 < fl/ft < 0. 6(10)0.15 < Δ 1/ft < 0. 45其中，Π是第一鏡頭組的焦距，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距，且 Δ1是第一鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
全文摘要
在此公開了包括第一鏡頭組、第二鏡頭組、第三鏡頭組、第四鏡頭組和第五鏡頭組的可變焦距鏡頭系統。從物體側依次排列第一到第五鏡頭組。可變焦距鏡頭系統滿足以下條件表達式(1)到(3)(1)0.95＜f13T/ft＜1.4(2)0.08＜f2/f4＜0.3(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22其中，f13T是在遠攝端狀態下第一到第三鏡頭組的組合焦距，ft是在遠攝端狀態下作為整體的鏡頭系統的焦距，f2是第二鏡頭組的焦距，f4是第四鏡頭組的焦距，且Δ3是第三鏡頭組從廣角端狀態到遠攝端狀態的行進量。
文檔編號G02B15/16GK102033306SQ20101029927
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月27日 優先權日2009年10月1日
發明者大竹基之, 村田將之, 菊地敦雄 申請人:索尼公司