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CN1580855A - 变焦镜头及电子设备 - Google Patents

变焦镜头及电子设备 Download PDF

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CN1580855A
CN1580855A CNA2004100703465A CN200410070346A CN1580855A CN 1580855 A CN1580855 A CN 1580855A CN A2004100703465 A CNA2004100703465 A CN A2004100703465A CN 200410070346 A CN200410070346 A CN 200410070346A CN 1580855 A CN1580855 A CN 1580855A
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CN
China
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lens
focal length
zoom
lens combination
lens group
Prior art date
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Pending
Application number
CNA2004100703465A
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English (en)
Inventor
安达宣幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
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    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
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Abstract

本发明的目的在于提供一种可兼顾小型化和光学特性的变焦镜头及电子设备。本发明是一种变焦镜头，其从物体侧开始依次包括：负的第一透镜组(G1)，在变焦过程中固定；正的第二透镜组(G2)，变焦时从广角端到望远端的过程中从图像侧向物体侧移动；以及负的第三透镜组(G3)，变焦时在光轴上移动，其中，第三透镜组(G3)由前组的透镜(L31)和与之留有空气间隔的后组的透镜(L32)构成，将第一透镜组(G1)的焦距设为f1，将第二透镜组(G2)的焦距设为f2，将成像面的对角线长度设为y时，满足条件式1.3＜|f1/y|＜3.6及1.1＜f2/y＜2.0。

Description

变焦镜头及电子设备
技术领域
本发明涉及小型且光学性能良好的变焦透镜及使用该变焦透镜的电子设备。
背景技术
近年来，在作为电子设备的移动电话中使用的小型照相机模组不仅要求是薄型的，而且还要求具有光学变焦镜头。该变焦镜头因其便于携带的原因尤其需要考虑掉落冲击。即，要想得到适于此的镜头，就需要考虑使位于最靠近物体一侧的透镜组在变焦时不动。而且，还需要考虑使其不从移动电话等的壳体向外突出。
作为满足这种条件的结构，例如可列举出在由正、负透镜组构成的两组变焦镜头的前面装有变焦时固定的无放大率的挡板的结构。此外，以往还提出了从物体一侧开始依次由具有负折射力的第一透镜组、具有正折射力的第二透镜组、具有负折射力的第三透镜组构成，且在变焦时固定第一透镜组，通过移动第二透镜组和第三透镜组来进行变焦的结构(例如参见日本专利特开2000-330024号公报和日本专利特表平10-513270号公报)。
然而，在前者的结构中，由于挡板的有效直径大，所以无法将照相机在其高度和宽度上小型化。另一方面，在后者的结构中，不仅变焦比小到2倍左右，而且广角端的畸变像差也很大，并且在使用CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合器件)等摄像元件时，还需要用于保护摄像元件表面的玻璃盖，因此，导致无法充分获得所需要的后焦距的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而完成的，即，本发明是一种变焦镜头，所述变焦镜头从物体侧开始依次包括：负的第一透镜组，在变焦过程中固定；正的第二透镜组，变焦时从广角端到望远端的过程中从图像侧向物体侧移动；负的第三透镜组，变焦时在光轴上移动，其特征在于，第三透镜组由前组和后组构成，且它们之间留有空气间隔，将第一透镜组的焦距设为f1，将第二透镜组的焦距设为f2，将成像面的对角线长度设为y时，满足下述条件式：
1.3＜|f1/y|＜3.6    …(1)
1.1＜f2/y＜2.0      …(2)
而且，将第三透镜组的焦距设为f3时，满足如下条件式：
1.6＜|f3/y|＜3.4    …(3)
而且，将第三透镜组中最靠近物体侧的透镜的焦距设为f31时，满足如下条件式：
0.6＜|f31/f3|＜1.5  …(4)
在上述本发明中，条件式(1)是规定第一透镜组的焦距的条件式，由此来抑制前透镜直径的增大，同时抑制畸变像差。此外，条件式(2)是规定第二透镜组的焦距的条件式，由此来限制变焦时的移动量，同时兼顾球面像差和慧星像差的校正。
此外，条件式(3)是规定第三透镜组的焦距的条件式，由此来抑制后焦距的增大，同时抑制轴外构成向摄像元件的入射角度。此外，条件式(4)是规定第三透镜组的前组焦距的条件式，由此来抑制尤其从5成像高到10成像高的内向彗星像差，同时还可抑制外向彗星像差的产生。
在上述本发明中，可提供一种光学性能优良的小型变焦透镜，所述变焦透镜，即使在变焦时将第一透镜组固定也不会破坏紧凑性，且轴外光线向摄像元件的入射角度小。
附图说明
图1中的(a)至(c)是说明本实施方式中变焦镜头的示意剖面图；
图2是第一实施例的短焦距端上的各像差图；
图3是第一实施例的中间焦距上的各像差图；
图4是第一实施例的长焦距端上的各像差图；
图5中的(a)至(c)是表示第二实施例中的变焦镜头结构的示意剖面图；
图6是第二实施例的短焦距端上的各像差图；
图7是第二实施例的中间焦距上的各像差图；
图8是第二实施例的长焦距端上的各像差图。
具体实施方式
下面，基于附图来说明本发明的实施方式。图1(a)～(c)是说明本实施方式中变焦镜头结构的示意剖面图，其中(a)示出了短焦距端上的各透镜位置，(b)示出了中间焦距上的各透镜位置，(c)示出了长焦距端上的各透镜位置。
即，本实施方式中的变焦镜头从物体侧开始依次包括负的第一透镜组G1，在变焦过程中固定；正的第二透镜组G2，变焦时从广角端到望远端的过程中从图像侧向物体侧移动；以及负的第三透镜组G3，变焦时在光轴上移动。
此外，作为该变焦镜头中的第三透镜组G3，包括作为前组的透镜L31和与所述透镜L31留有空气间隔而配置的作为后组的透镜L32。此外，将第一透镜组G1的焦距设为f1、将第二透镜组G2的焦距设为f2、以及将成像面的对角线长度设为y时，满足下述条件式：
1.3＜|f1/y|＜3.6    …(1)
1.1＜f2/y＜2.0      …(2)
而且，将第三透镜组G3的焦距设为f3时，还满足如下条件式：
1.6＜|f3/y|＜3.4    …(3)
而且，将第三透镜组G3中最靠近物体侧的透镜L31的焦距设为f31时，还满足如下条件式：
0.6＜|f31/f3|＜1.5  …(4)
在本实施方式的变焦镜头中，使第一透镜组G1为两片结构。在所述两片透镜L11、L12中，在物体侧的透镜L11上配置有玻璃球面透镜，在图像侧的透镜L12上配置有非球面透镜。即，本实施方式的变焦镜头的第一透镜组G1，由于尤其是在广角端上的轴外主光线的折射量较大，所以很容易发生像散和畸变像差。因此，在图像侧的透镜L12上使用非球面透镜，以此校正这些像差。
此外，在本实施方式中第一透镜组G1虽然由两片透镜L11、L12构成，但也可以用一片凹透镜来构成。此时，优选为非球面透镜。还可以在凹透镜的图像侧表面上设置复合非球面。
此外，当用玻璃球面透镜和非球面透镜组合成第一透镜组G1时，非球面透镜的材料若采用塑料，则在降低成本方面比较理想。此时，考虑因温度变化而引起的焦点变化，优选构成透镜的焦距使以下条件式(5)得到满足：
4＜|f12/fw|   …(5)
f12：第一透镜组中配置于图像侧的透镜的焦距
fw：广角端的焦距
若该条件式得到满足，则可以将因温度变化而引起的焦点移动量抑制在不影响实际使用的水平上。
此外，上述条件式(2)是规定正的第二透镜组G2的焦距的条件式。由于若超过其上限，则焦距变长，所以，可以通过不超过上限来减小变焦时的移动量，从而可实现小型化。另一方面，由于若超过下限，则焦距变短，所以，可以通过不超过下限来兼顾尤其是球面像差和彗星像差的校正。
在本实施方式中，采用了将开口光圈S配置在第二透镜组G2最靠近物体侧的位置上，从而在变焦过程中使其与第二透镜组G2一起移动的结构，其理由在于增长出瞳位置，而且可缩小第一透镜组G1中作为前透镜的透镜L11的直径。此外，通过使轴外光线向摄像元件IMG的入射角度尽量小，可抑制荫影，从而可使画面四角也明亮。
此外，使第二透镜组G2为双凸透镜L21和凹透镜L22的胶合透镜。这是为了更好地校正整个变焦区域上的球面像差。此外，若独立构成正透镜和负透镜，则球面像差过剩导致曝光不足，而在其它透镜组中又难以将其校正。
此外，优选第二透镜组G2的凸透镜L21、凹透镜L22的透镜材料选择满足下式的条件：
12＜v21-v22    …(6)
v21：第二透镜组G2的凸透镜L21的阿贝数
v22：第二透镜组G2的凹透镜L22的阿贝数
通过设定阿贝数的差以满足上述条件，可以校正尤其是广角端的轴上色差。
条件式(3)是规定第三透镜组G3的焦距的条件式。由于若超过其上限，则焦距变长，所以可以通过不超过上限来抑制后焦距的增大，从而可实现小型化。另一方面，由于若超过下限，则焦距变短，所以可以通过不超过下限来缩短出瞳位置，从而减小轴外光线向摄像元件IMG的入射角度。
条件式(4)是规定第三透镜组G3中具有负放大率的前组透镜L31的焦距的条件式。由于若超过其上限则焦距变长，所以可以通过不超过上限来抑制尤其在5成像高至10成像高之间易于发生的内向彗星像差，另一方面，若超过下限，则焦距变短，所以可以通过不超过下限来抑制相反的外向彗星像差的发生。
在本实施方式中，用两片透镜L31、L32来构成第三透镜组G3。这是为了良好地校正尤其是像面畸变和像散而增加了校正面的结果。即，若用一片透镜来构成第三透镜组G3，则难以减小像散以及使像面畸变平坦。
在本实施方式的第三透镜组G3中，图像侧的透镜L31具有正折射力和负折射力两种状态，但是主要从在像散和像面畸变之间获得平衡这一点来看，可以将放大率变化为正放大率和负放大率中的任一个。
此外，在本实施方式中，用塑料来形成位于最靠近图像一侧的透镜。优选在采用塑料时满足下述条件式：
5＜|f32/fw|   …(7)
若满足该条件式(7)，则可将因温度变化而引起的焦点移动量限制在不影响实际使用的水平上。
而且，在第三透镜组G3中的构成透镜中，优选采用非球面。因为这样在校正轴外像差方面有利。
此外，通过使第三透镜组G3为负放大率，可以缩短后焦距，从而可实现变焦镜头整体的小型化，然而，另一方面会增大向摄像元件IMG的入射角度。此时，虽然尤其是与画面中央相比，画面四角会多少变暗，但是当用于移动电话等小型的电子设备时，多将被摄物对准到画面中央，从而可以自然地进行突出画面中央被摄物的摄影。此外，当想整个画面都获得相同亮度时，可以通过对利用摄像元件IMG获取的图像数据进行电处理来解决。
第一实施例
下面，说明本实施方式中变焦镜头的实施例。首先，参照图2～图4来说明本发明中变焦镜头的第一实施例。第一实施例的变焦镜头的结构如同图1中的(a)至(c)所示的示意剖面图。图2是第一实施例的短焦距端上的各像差图，图3是第一实施例的中间焦距上的各像差图，图4是第一实施例的长焦距端上的各像差图。
此外，在表1中示出了第一实施例中透镜的各值。这里，表中的面序号与图1所示的透镜面的标号r1～r4对应，R表示透镜面的曲率半径，D表示相邻两个透镜面的间隔。将Nd设为d线上的折射率，将Vd设为阿贝数。
[表1]
    面序号     R     D     Nd     Vd
    1     4.636     0.5     1.5168     64.2
    2     1.400     0.6
    3     3.033     0.5     1.52996     55.9
    4     1.852     A
    光圈     无穷大     0.17
    6     2.178     0.97     1.6935     53.2
    7     -1.846     0.45     1.7552     27.5
    8     -3.157     B
    9     -4.373     0.5     1.82114     24.1
    10     9.706     1.22
    11     -3.495     0.5     1.52996     55.9
    12     -4.623     C
    13     无穷大     0.5     1.5168     64.2
    14     无穷大     0.35
在上述各值中，由于D4、D8及D12随着变焦而间隔变化，所以分别用变量A、B及C来表示。因此，在表2中示出从广角端到望远端进行变焦时第一实施例中的变量A、B及C的各值。这里，表中的f表示整个系统的焦距，Fno.表示整个系统的F数。
[表2]
    f     A     B    C
    2.3     3.501     1.713    0.867
    4.5     0.792     0.992    1.46
    6.44     0.75     2.338    2.716
下面，R3、R4、R6、R9、R10、R11、R12由非球面构成，且所述非球面由下式(式1)来定义。
[式1]
x = h 2 r 1 + 1 - ( 1 + k ) h 2 r 2 + ah 4 + bh 6 + ch 8 + dh 10
这里，在式1中，x表示非球面在光轴方向上的坐标，r表示曲率，h表示距光轴的距离。在表3中示出了a、b、c、d各非球面系数。
[表3]
  面序号   k   a   b   c   d
  3   0   2.3522E-03   -1.9542E-03   4.5872E-04   -4.0448E-04
  4   -1.0040E+00   4.9833E-03   -2.2764E-02   1.1914E-02   -6.5788E-03
  6   8.9352E-01   -2.4343E-02   -1.1284E-02   3.6955E-03   -3.8957E-03
  9   0   -3.7955E-02   -4.5301E-02   3.9854E-01   -3.5193E-01
  10   0   4.0338E-03   -6.8512E-02   5.0097E-01   -3.2677E-01
  11   0   -7.5311E-03   -1.3475E-01   1.9807E-01   -3.2229E-02
  12   0   -2.7873E-02   2.4173E-02   -4.7793E-02   4.1961E-02
在上述第一实施例中，可构成全长约11mm～12mm、光学放大率约两倍的变焦镜头。
第二实施例
下面，参照图5～图8来说明第二实施例。图5中的(a)至(c)是表示第二实施例中变焦镜头结构的示意剖面图，图6是第二实施例的短焦距端上的各像差图，图7是第二实施例的中间焦距上的各像差图，图8是第二实施例的长焦距端上的各像差图。
此外，在表4中示出第二实施例中透镜的各值。这里，表中的面序号与图5所示的透镜面的标号r1～r4对应.R表示透镜面的曲率半径，D表示相邻两个透镜面的间隔。将Nd设为d线上的折射率，将Vd设为阿贝数。
[表4]
    面序号     R     D     Nd     Vd
    1     5.031     0.5     1.487     70.4
    2     1.400     0.8
    3     147.904     0.624713     1.51386     56.4
    4     32.489     A
    光圈     无穷大     0.170371
    6     2.471     0.947441     1.6935     53.2
    7     -1.374     0.45     1.78541     39.2
    8     -2.662     B
    9     23.745     0.5     1.82114     24.1
    10     2.545     1.24006
    11     -3.977     0.50005     1.51386     56.4
    12     -4.000     C
    13     无穷大     0.5     1.5168     64.2
    14     无穷大     0.35
在上述各值中，由于D4、D8、D12随着变焦而间隔变化，所以分别用变量A、B、C来表示。因此，在表5中示出从广角端到望远端进行变焦时第二实施例中变量A、B、C的各值。这里，表中的f表示整个系统的焦距，Fno.表示整个系统的F数。
[表5]
    f     A     B     C
    2.3     3.64     1.444     0.338
    4.5     0.526     0.34     0.506
    6.44     0.75     3.134     4.073
下面，设定R3、R4、R6、R9、R10、R11、R12由非球面构成，且所述非球面由上述公式(式1)来定义。在第二实施例中，在表6中示出了式1中的a、b、c、d等各非球面系数。
[表6]
  面序号   k   a   b   c   d
  3   0   -7.2013E-03   -2.2554E-02   1.2307E-02   -4.5309E-03
  4   -1.0040E+00   -2.6277E-02   -2.3169E-02   8.8560E-03   -2.7069E-03
  6   4.9702E-01   -2.9441E-02   4.5549E-04   -1.4524E-02   9.9400E-03
  9   0   5.2450E-02   -4.8536E-02   1.8524E-01   -1.3847E-01
  10   0   8.1500E-02   -2.1606E-02   2.2104E-01   -1.9621E-02
  11   0   -5.6342E-02   -1.5751E-01   2.0427E-01   2.4562E-03
  12   0   -5.4820E-02   -5.3104E-02   2.6962E-02   3.4146E-02
在上述第二实施例中，可构成全长约11mm～12mm、光学放大率约2.4～2.5倍的变焦镜头。
这里，在表7中示出第一、第二实施例中的各条件式(1)～(7)的数值例。
[表7]
    条件式   实施例1   实施例2
    (1)     1.3＜|f1/y|＜3.6   1.9   2.8
    (2)     1.1＜f2/y＜2.0   1.5   1.6
    (3)     1.6＜|f3/y|＜3.4   2.3   2.7
    (4)     0.6＜|f31/f3|   1.1   0.9
    (5)     4＜|f12/fw|   4.6   35.1
    (6)     12＜v21-v22   25.7   14.0
    (7)     5＜|f32/fw|   13.8   90.9
上述说明的本发明的变焦镜头可用于下述电子设备，即所述电子设备在主体壳体上安装有该变焦镜头，且具有经该变焦镜头获取图像的摄像元件，例如，移动电话、数码照相机、数码摄像机、便携终端(PDA)、个人计算机以及笔式照相机等。尤其适用于小型电子设备(移动电话或小型数码照相机)，并可实现利用2～3倍左右的光学变焦而进行的摄像。

Claims (6)

1.一种变焦镜头，从物体侧开始依次包括：负的第一透镜组，在变焦过程中固定；正的第二透镜组，变焦时从广角端到望远端的过程中从图像侧向物体侧移动；负的第三透镜组，变焦时在光轴上移动，其特征在于，
所述第三透镜组由前组和后组构成，且它们之间留有空气间隔，
将所述第一透镜组的焦距设为f1，将所述第二透镜组的焦距设为f2，将成像面的对角线长度设为y时，满足下述条件：
1.3＜|f1/y|＜3.6
1.1＜f2/y＜2.0。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
将所述第三透镜组的焦距设为f3时，满足如下条件：
1.6＜|f3/y|＜3.4。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
将所述第三透镜组中最靠近物体侧的透镜的焦距设为f31时，满足如下条件：
0.6＜|f31/f3|＜1.5。
4.一种电子设备，包括设置于主体壳体上的变焦镜头，和经该变焦镜头获取图像的摄像元件，其特征在于，
所述变焦镜头
从物体侧开始依次包括：负的第一透镜组，在变焦过程中固定；正的第二透镜组，变焦时从广角端到望远端的过程中从图像侧向物体侧移动；负的第三透镜组，变焦时在光轴上移动，
所述第三透镜组由前组和后组构成，且它们之间留有空气间隔，
将所述第一透镜组的焦距设为f1，将所述第二透镜组的焦距设为f2，将成像面的对角线长度设为y时，满足下述条件：
1.3＜|f1/y|＜3.6
1.1＜f2/y＜2.0。
5.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，
将所述第三透镜组的焦距设为f3时，满足如下条件：
1.6＜|f3/y|＜3.4。
6.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，
将所述第三透镜组中最靠近物体侧的透镜的焦距设为f31时，满足如下条件：
0.6＜|f31/f3|＜1.5。
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