CN103472575A - 变焦透镜以及图像拾取单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦透镜，包括：具有正折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组；以及第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组。第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置。第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组。第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像将沿着垂直于光轴的方向移位。

Description

变焦透镜以及图像拾取单元

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜，适用于小型数字摄像机或数字照相机，其具有例如大约10-15放大倍率的变焦比（zoom factor），以及涉及使用这种变焦透镜的图像拾取单元。尤其是，本发明设计一种具有光学图像模糊补偿功能的变焦透镜以及使用这种变焦透镜的图像拾取单元。

背景技术

近来，诸如数字摄像机和数字相机的小型图像拾取单元已经被广泛地被用作家庭单元（home unit）。通常需要减小这种小型图像拾取单元的尺寸方便携带、改善图像质量以及增加放大倍率。因此，在这种小型图像拾取单元中安装的摄影透镜，尤其是变焦透镜，也需要通过降低整体长度和深度来降低尺寸，以及改善透镜的性能。而且，近来极为需要变焦透镜具有光学图像模糊补偿功能。因此，现在要满足诸如小尺寸、高图像品质、高放大倍率以及光学图像模糊补偿功能的这种需要的设计难度是极高的。在这种环境下，例如，日本待审专利申请公开号2003-228001、2006-23593、以及2003-241098（JP-A-2003-228001、JP-A-2006-23593、以及JP-A-2003-241098）每个都披露了具有五个或更多透镜组的变焦透镜，其中介绍了光学图像模糊补偿技术。

JP-A-2003-228001中描述的变焦透镜从物面按照顺序配置有：具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有负折射率的第四透镜组以及具有正折射率的第五透镜组。在该变焦透镜中，第三透镜组包括具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜，并且配置为可沿着垂直于光轴的方向移动以便补偿由于手抖动导致的图像中的变化。通过这样的配置，能够实现具有光学图像模糊补偿能力的摄像机的变焦透镜。

JP-A-2006-23593中描述的变焦透镜从物面按照顺序配置有：具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组以及具有正折射率的第五透镜组。在该变焦透镜中，第五透镜组包括具有正折射率的正子组以及具有负折射率的负子组，并且正子组沿着基本垂直于光轴方向的方向移位以便移位图像。通过这样的配置，能够实现用于摄像机中的具有光学图像模糊补偿能力的变焦透镜。

JP-A-2003-241098中描述的变焦透镜包括具有防抖功能的改变倍率（varying-power）光学***，其中，除了最靠近对象的第一透镜组之外的透镜组设置为防抖透镜组。在该变焦透镜中，防抖透镜组从物面按照顺序包括：前部、中部和后部，并且前部和后部沿着基本垂直于光轴的方向移动以便补偿图像的模糊。

发明内容

JP-A-2003-228001、JP-A-2006-23593以及JP-A-2003-241098中描述的变焦透镜的设计结构能够通过移动一个透镜组的全部或一个来补偿主要由于手的抖动在远摄拍摄中导致的图像的模糊，从而实现了优秀的光学性能。

不过，近来，图像模糊补偿机构的尺寸显著增加，这在降低包括机械部件的整个镜筒的尺寸方面是不可忽视的。例如，JP-A-2003-228001中描述的变焦透镜配置为使得第三透镜组可沿着垂直于光轴的方向移动以便补偿由于手抖动导致的图像的变化。不过，在第三透镜组中，与在其它透镜组（除了第一透镜组之外）中的光束相比，光束通常扩散得更宽，因此考虑到执行图像模糊补偿，透镜表面上的有效直径会急剧增加，导致单元尺寸增加。而且，第三透镜组基本上位于整个变焦透镜***的中心位置，并且配置成具有较高的折射率。因此，如果第三透镜组沿着垂直于光轴的方向移动，则光束位置在其它透镜组的每一个中改变极大。这导致构成其它透镜组的每个透镜的表面上的有效直径增加，使得整个单元大小也增加。

而且，JP-A-2003-228001、JP-A-2006-23593和JP-A-2003-241098中描述的变焦透镜提供了较小的图像模糊补偿效果并尤其是在远摄拍摄时由于手的抖动而导致图像质量显著下降。例如，在根据JP-A-2006-23593的变焦透镜中，第五透镜组配置有正子组和负子组，并且正子组沿着基本垂直于光轴方向的方向移位以便获得图像模糊补偿效果。但是，将被移位的透镜组的移位级别（level）不可避免地增加以便获得较大的图像模糊补偿效果。这导致像差（aberration）改变方面的显著增加以及屏幕周围中的光量降低，导致图像品质显著下降。而且,图像模糊补偿机构的尺寸也显著增加，导致整个单元尺寸增加。在JP-A-2003-241098中描述的变焦透镜，一个透镜组被划分为前部、中部以及后部的三个透镜部分，并且前后透镜部分被移动用于防抖，实现图像模糊补偿功能。不幸的是，当尤其是在远摄拍摄时增强图像模糊补偿功能时防抖透镜部分的移动会变大，这对图像品质造成极大的有害影响。而且，由于在一个透镜组中多个透镜部分移动，驱动所述透镜部分的机构必须布置在较小的区域内而不相互干扰，这导致了复杂而较大的单元并增加成本。

如上所述，在JP-A-2003-228001、JP-A-2006-23593以及JP-A-2003-241098的每一个所描述的变焦透镜中，在获得足够有效的图像模糊补偿效果以及高倍率和高图像品质的时候很难实现尺寸减小。

因此希望提供一种变焦透镜，其能够实现足够的图像模糊补偿效果同时获得较小的尺寸、高倍率以及高图像品质，以及希望提供一种包括变焦透镜的小型图像拾取单元。

根据本发明实施例的变焦透镜，包括：具有正折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组；以及第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组。第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置。第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像将沿着垂直于光轴的方向移位。

根据本发明的小型图像拾取单元设置有变焦透镜，该图像拾取单元输出与由变焦透镜形成的光学图像对应的图像拾取信号。所述变焦透镜包括：具有正折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组；以及第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组。第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置。第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像将沿着垂直于光轴的方向移位。

在根据本发明的上述实施例的变焦透镜和小型图像拾取单元，变焦透镜作为整体具有五组变焦结构，其中，每个透镜组被优化配置并且两个透镜组中的每一个都配置成独立沿着垂直于光轴的方向移位。在根据本发明的上述实施例的变焦透镜和小型图像拾取单元，变焦透镜作为整体具有五组变焦结构，并且适当地提供被配置成独立沿着垂直于光轴的方向移位的两个补偿透镜组，同时每个透镜组被优化配置。因此，能够在实现足够的图像模糊补偿效果以及较小的尺寸、高倍率以及高图像品质。

要理解到的是，前面总的描述以及后面的详细描述多是示例性的并且将提供如后面所要求保护技术的解释。

附图说明

结合附图对本发明提供进一步的理解，并且所述附图结合并构成本说明的一部分。这些附图与说明书一起图释了实施例，用于解释技术原理。

图1是数值示例1对应的透镜剖视图，图释了根据本发明实施例的变焦透镜的第一示例性配置。

图2是图释当对象在无穷远时与数值示例1对应的变焦透镜在广角端处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图3是图释当对象在无穷远时与数值示例1对应的变焦透镜在中间焦距处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图4是图释当对象在无穷远时与数值示例1对应的变焦透镜在远摄端处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图5是对应于数值示例2的透镜的透视图，图释了变焦透镜的第二示例性配置

图6是图释当对象在无穷远时与数值示例2对应的变焦透镜在广角端处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图7是图释当对象在无穷远时与数值示例2对应的变焦透镜在中间焦距处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图8是图释当对象在无穷远时与数值示例2对应的变焦透镜在远摄端处的球面像差、象散性以及失真的像差示意图。

图9是图释小型图像拾取单元的示例性配置的方块图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本发明的一些实施例。需要指出的是，该描述按照下面顺序进行。

1.镜头基本配置

2.功能和效果

3.小型图像拾取单元的应用实例

4.镜头的数值示例

5.其它实施例

[1.镜头基本配置]

图1图释了根据本发明实施例的变焦透镜的第一示例性配置。第一示例性配置对应于随后描述的数值示例1的透镜配置。图5图释了根据本发明实施例的变焦透镜的第二示例性配置。第二示例性配置对应于随后描述的数值示例2的透镜配置。在图1和图5中，标记IMG表示像面，而标记Z1表示光轴。

根据本实施例的变焦透镜基本上沿着光轴Z1从物面开始按照如下顺序的五个透镜组构成：具有正折射率的第一透镜组GR1、具有负折射率的第二透镜组GR2、具有正折射率的第三透镜组GR3、具有正折射率的第四透镜组GR4以及具有正折射率的第五透镜组GR5。

可以在第五透镜组GR5和像面IMG之间布置滤光器FL。可以在第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间布置孔径光阑IR。

优选地，第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4以及第五透镜组GR5中的每一个可以具有一个或多个由非球面构成的表面。

在根据图1的第一示例性配置的变焦透镜1A中，第一透镜组GR1和第三透镜组GR3被固定而在改变倍率操作时不能沿着光轴方向移动。第二透镜组GR2在改变倍率操作时沿着光轴方向移动，并且第四透镜组GR4沿着光轴方向移动以补偿与改变倍率操作相关联的焦点位置移位，并进行聚焦。

在根据图5的第二示例性配置的变焦透镜1B中，第一透镜组GR1、第二透镜组GR2以及第三透镜组GR3中的每一个在改变倍率操作时沿着光轴方向移动。第四透镜组GR4沿着光轴方向移动以补偿与改变倍率操作相关联的焦点位置移位，并进行聚焦。

第三透镜组GR3由具有正折射率的透镜组GR3-1和具有负折射率的透镜组GR3-2的两组构成。透镜组GR3-2由具有正折射率的透镜和具有负折射率的透镜构成，这些透镜彼此粘结（cement）。第三透镜组GR3作为整体构成为第一补偿透镜组，以便沿着基本上垂直于光轴Z1的方向移位。第三透镜组GR3作为第一补偿透镜组沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位，以便能够使得形成在像面IMG上的图像也沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。因此，由于手的抖动导致的图像模糊等通过使得第三透镜组GR3沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位而得到补偿。

第五透镜组GR5由多个子透镜组构成。具体而言，第五透镜组GR5由按照从物面开始的顺序三个子透镜组构成，即，第一子透镜组GR5-1、第二子透镜组GR5-2以及第三子透镜组GR5-3，第一子透镜组GR5-1具有负折射率并且是被固定的组，具有通常固定（normally-fixed）的位置。第二子透镜组GR5-2具有正折射率，并且是可移动的组，配置为第二补偿透镜组沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。第三子透镜组GR5-3具有正折射率，并且是固定组，具有通常固定位置。在第五透镜组GR5中的作为可移动组的子透镜组GR5-2作为第二补偿透镜组沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位，能够使得形成在像面上的图像也沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。因此，由于手的抖动导致的图像模糊等通过使得第五透镜组GR5中的作为可移动组的子透镜组GR5-2沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位而得到补偿。

此外，优选地，根据本实施例的变焦透镜可以满足随后描述的条件表达式。

[2.功能和效果]

现在描述根据本实施例的变焦透镜的功能和效果。尤其是，描述与图像模糊补偿相关的功能和效果。

在根据本实施例的变焦透镜中，第一补偿透镜组（第三透镜组GR3）和第二补偿透镜组（第五透镜组GR5中的子透镜组GR5-2）中的每一个配置成沿着垂直于光轴的方向Z1独立地移位以便容许形成在像面上的图像沿着垂直于光轴的方向Z1移位。两个补偿透镜组独立地沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位，由此，容许根据变焦位置来设置适当的补偿量，以便能够使得形成在像面上的图像沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。因此可以实现优秀的图像模糊补偿效果。

而且，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个可以配置成具有一个或多个非球面，使其能够在使得两个补偿透镜组中的每一个沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位时抑制像差的变化。具体而言，第三透镜组GR3可以设置为具有一个或多个非球面，其尤其有助于抑制彗差（coma aberration）和象散（astigmatism）方面的变化。第五透镜组GR5中的第二子透镜组GR5-2可以设置为具有一个或多个非球面，其尤其有助于抑制失真方面的变化。因此，可以获得极大的图像模糊补偿效果，同时抑制对图像品质的影响。

如下面所述，可以使得条件表达式（1）得到满足以便适当地设置在广角端处的第一补偿透镜组的图像模糊补偿效果和第二补偿透镜组的图像模糊补偿效果之间的相对关系，这使其能够在广角端处获得极大的图像模糊补偿效果以及减小镜筒尺寸。

如下所述，可以使得条件表达式（2）得到满足以便适当地设置在远摄端处的第一补偿透镜组的图像模糊补偿效果和第二补偿透镜组的图像模糊补偿效果之间的相对关系，这使其能够在远摄端处获得极大的图像模糊补偿效果以及减小镜筒尺寸。

（条件表达式的描述）

优选地，在根据本实施例的变焦透镜中，使得两个补偿透镜组移位以便满足下面的条件表达式（1）和（2）。

优选地，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个可以在广角端处沿着垂直于光轴的方向Z1独立地移位以便满足下列条件表达式（1）：

0<{(1-β3w)β3wr×D3w}/{(1-β5w)β5wr×D5w}<1···(1)

其中，在广角端，

β3w是第一补偿透镜组的横向放大率，

β3wr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组（比第一补偿透镜组更靠近像面）作为整体的横向放大率（总的横向放大率），

D3w是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离，

β5w是第二补偿透镜组的横向放大率，

β5wr是位于第二补偿透镜组和像面之间的所述子透镜组（比第二补偿透镜组更靠近像面）（子透镜组的一个或多个）作为整体的横向放大率（总的横向放大率），以及

D5w是第二补偿透镜组的沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

条件表达式（1）将适当地设置在广角端处的第一补偿透镜组（第三透镜组GR3）的图像模糊补偿效果和第二补偿透镜组（第五透镜组GR5中的第二子透镜组GR5-2）的图像模糊补偿效果之间的相对关系。大括号（blanket）{(1-β3w)β3wr×D3w}对应于在广角端处的第一补偿透镜组的图像模糊补偿效果，而大括号{(1-β5w)β5wr×D5w}对应于在广角端处的第二补偿透镜组的图像模糊补偿效果。代表在广角端处的第三透镜组GR3的偏心敏感度的算式(1-β3w)β3wr乘以在广角端处的第三透镜组GR3的移位距离D3w，以便限定第三透镜组GR3的成像点的位移，即，第三透镜组GR3在广角端处的图像模糊补偿量。代表在广角端处的第二子透镜组GR5-2的偏心敏感度的算式(1-β5w)β5wr乘以在广角端处的第二子透镜组GR5-2的移位距离D5w，以便限定第二子透镜组GR5-2的成像点的位移，即，第二子透镜组GR5-2在广角端处的图像模糊补偿量。

补偿效果的值限定为满足在广角端处的条件表达式（1）所表达的条件，以便实现极大的图像模糊补偿效果以及减少镜筒的尺寸。该条件尤其是减小比其它透镜组更靠近对象的第一透镜组GR1的透镜孔径（lens aperture）的条件。如果使得在广角端处的图像模糊补偿效果依赖于第三透镜组GR3，尤其是在第一透镜组GR1中光束位置的变化会增加，这导致整个单元尺寸的增加。相反，当使得在广角端处的图像模糊补偿效果依赖于第二子透镜组GR5-2时，则尤其是在第一透镜组GR1中光束位置的变化会增加，由此能够实现较大的图像模糊补偿效果以及减少整个单元的尺寸。在广角端处，相对地与第二子透镜组GR5-2的图像模糊补偿相比，第三透镜组GR3的图像模糊补偿极大地影响着像差的变化和/或环境光的量的变化，导致图像品质降低。尤其是，这可能导致诸如慧差的像差和/或不均匀（asymmetric）的环境光量，这会显著降低图像品质。不过，第二子透镜组GR5-2的动作本身可能不足以实现较大的图像模糊补偿效果。因此，第三透镜组GR3和第二子透镜组GR5-2被驱动以便同时工作，由此使其能够满足理想的目标。因此，第三透镜组GR3的图像模糊补偿效果与第二子透镜组GR5-2的图像模糊补偿效果的比例被适当限定，由此获得极大的图像模糊补偿效果以及减小镜筒的尺寸，同时抑制对图像品质的影响。

而优选地，条件表达式（1）的数值范围可以按照条件表达式（1a）所限定的那样进行设置。这使其能够获得极大的图像模糊补偿效果的同时抑制对图像品质的影响。

0.5<{(1-β3w)β3wr×D3w}/{(1-β5w)β5wr×D5w}<1···(1a)

优选地，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个可以在远摄端处沿着垂直于光轴的方向Z1独立移位以便满足下面的条件表达式（2）:

1<{(1-β3t)β3tr×D3t}/{(1-β5t)β5tr×D5t}<2···(2)

其中，在远摄端,

β3t是第一补偿透镜组的横向放大率,

β3tr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组（比第一补偿透镜组更靠近像面）作为整体的横向放大率（总的横向放大率），

D3t是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向移位距离，

β5t是第二补偿透镜组的横向放大率,

β5tr是位于第二补偿透镜组和像面之间的所述子透镜组（比第二补偿透镜组更靠近像面）（子透镜组的一个或多个）作为整体的横向放大率（总的横向放大率），以及

D5t是第二补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

条件表达式（2）将适当地设置在远摄端处的第一补偿透镜组（第三透镜组GR3）的图像模糊补偿效果和第二补偿透镜组（第五透镜组GR5中的第二子透镜组GR5-2）的图像模糊补偿效果之间的相对关系。大括号（blanket）{(1-β3t)β3tr×D3t}对应于在远摄端处的第一补偿透镜组的图像模糊补偿效果，而大括号{(1-β5t)β5tr×D5t}对应于在远摄端处的第二补偿透镜组的图像模糊补偿效果。代表在广角端处的第三透镜组GR3的偏心敏感度的算式(1-β3t)β3tr乘以在远摄端处的第三透镜组GR3的移位距离D3t，以便限定第三透镜组GR3的成像点的位移，即，第三透镜组GR3在远摄端处的图像模糊补偿量。代表在广角端处的第二子透镜组GR5-2的偏心敏感度的算式(1-β5t)β5tr乘以在远摄端处的第二子透镜组GR5-2的移位距离D5t，以便限定第二子透镜组GR5-2的成像点的位移，即，第二子透镜组GR5-2在远摄端处的图像模糊补偿量。

补偿效果的值限定为满足在远摄端处的条件表达式（2）所表达的条件，以便实现极大的图像模糊补偿效果以及优秀的图像品质。如果使得在远摄端处的图像模糊补偿效果依赖于第二子透镜组GR5-2，第二子透镜组GR5-2的移位距离相对地增加，这会增加对像差变化的影响，导致图像品质下降。尤其是，这可能导致诸如慧差的像差，这会显著降低图像品质。而且增加的移位距离导致整个单元尺寸增加。相反，当使得在远摄端处的图像模糊补偿效果依赖于第三透镜组GR3时，会相对减少移位距离，并因此能够减少对像差变化的影响，使其能够获得较大的图像模糊补偿效果和优秀的图像品质。不过，第三透镜组GR3的动作本身可能不足以实现较大的图像模糊补偿效果。因此，第三透镜组GR3和第二子透镜组GR5-2被驱动以便同时工作，由此使其能够满足理想的目标。因此，第三透镜组GR3的图像模糊补偿效果与第二子透镜组GR5-2的图像模糊补偿效果的比例被适当限定，由此获得极大的图像模糊补偿效果以及减小镜筒的尺寸，同时抑制对图像品质的影响。

而优选地，条件表达式（2）的数值范围可以按照条件表达式（2a）所限定的那样进行设置。这使其能够获得极大的图像模糊补偿效果的同时抑制对图像品质的影响。

1<{(1-β3t)β3tr×D3t}/{(1-β5t)β5tr×D5t}<1.6···(2a)

如上所述，根据本实施例，变焦透镜作为一个整体具有五组变焦（five-group-zoom）结构。适当地提供被配置成独立地沿着垂直于光轴的方向移位的两个补偿透镜组，同时每个透镜组被优化构成。因此，能够获得足够的图像模糊补偿效果以及较小的尺寸、高放大率以及高图像品质。

尤其是，可以如上所述适当地设置条件表达式以便在广角端和远摄端的每一个处执行最佳补偿控制，由此使其能够获得足够的图像模糊补偿效果、优秀的图像平直以及整体单元尺寸的减少。而且，在广角端和远摄端之间的中间区域，可以独立地驱动第三透镜组GR3和第二子透镜组GR5-2以便基于对图像模糊补偿效果、图像品质以及单元尺寸减小的综合考虑而最佳地工作。

[3.小型图像拾取单元的应用实例]

图9图释了小型图像拾取单元100的示例性配置，其中采用了根据本实施例的变焦透镜。小型图像拾取单元100例如可以是数字照相机，并且包括照相机块10、照相机信号处理部分20、图像处理部分30、液晶显示器（LCD）40、读取器/写入器（R/W）50、中央处理单元（CPU）60以及输入部分70。

照相机块10具有图像拾取功能，并包括含有作为图像拾取透镜的变焦透镜11（图1中所示的变焦透镜1A或图5中所示的变焦透镜1B）的光学***，以及诸如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）的图像拾取器件12。图像拾取器件12将变焦透镜11形成的光学图像转换成电信号，并因此输出与光学图像对应的图像拾取信号（图像信号）。

照相机信号处理部分20对从图像拾取器件12输出的图像信号执行各种类型的信号处理。该信号处理可包括模数转换、噪声去除、图像品质补偿以及转换为亮度和色差信号。

图像处理部分30对图像信号执行记录/再现处理，诸如基于预定图像数据格式的图像信号的压缩编码和解压缩解码，以及数据规范的转换，诸如分辨率（resolution）。

LCD40具有显示在输入部分70上的用于操作的状态以及诸如捕获图像的各种数据的功能。R/W50将图像处理部分30所编码的图像数据写入存储卡1000，并从存储卡1000读出所记录的图像数据。存储卡1000例如可以是半导体存储器，其可移除地提供在连接到R/W50的卡槽中。

CPU60起到控制处理部分的作用，其控制在小型图像拾取单元100中提供的每个电路块，并基于来自输入部分70的输入指令信号等控制每个电路块。输入部分70包括各种用于某种用户操作的各种开关等，并且可以由例如用于快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等构成，并对应于用户操作输出输入指令信号到CPU60。控制布置在照相机块10中的每个透镜的驱动的透镜驱动控制部分80控制为示出的马达等，以便控制未示出的马达等，用于基于来自CPU60的控制信号驱动变焦透镜11的每个透镜。

小型图像拾取单元100包括未示出的抖动检测部分，其检测与手的抖动相关联的单元的抖动。

现在描述小型图像拾取单元100的操作。在准备拍摄期间，在CPU60的控制下，照相机块10所捕获的图像信号经由照相机信号处理部分20输出到LCD40并以穿过照相机（camera-through）的图像的形式显示在其上。例如，在从输入部分70接收到用于变焦或聚焦的输入指令信号时，CPU60输出控制信号到透镜驱动控制部分80，并且变焦透镜11中的预定透镜在透镜驱动控制部分80的控制下移动。

照相机块10中的未示出的快门响应于来自输入部分70的输入指令信号而被激活时，被捕获的图像信号从照相机信号处理部分20被输出到to图像处理部分30以便压缩编码处理，并被转换成预定数据格式的数字数据。所转换的数据被输出到R/W50，并随后被写入存储卡1000。

需要指出的是例如可以按照如下所述执行聚焦：当输入部分70的快门释放按钮按下一半时或全部按下以便记录（拍摄）等时，透镜驱动控制部分80基于来自CPU60的控制信号使得变焦透镜11的预定透镜移动。

在记录在存储卡1000中的图像数据被再现的情况下，R/W50根据输入部分70上的操作从存储卡1000读出预定图像数据，随后图像处理部分30对图像数据执行解压缩解码处理，并且接着将被再现的图像信号输出到LCD40，再现图像随后显示在其上。

而且，CPU60基于从未示出的抖动检测部分输出的信号激活透镜驱动控制部分80，以便根据抖动级别使得防抖补偿透镜组沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。

需要明确的是，尽管上述实施例提供了小型图像拾取单元引用到数字静态照相机的实例，但是小型图像拾取单元的应用并不限于数字静态照相机，并且其他各种电子装置每个都可以是小型图像拾取单元100的具体应用对象。例如，其他各种电子装置，诸如具有可互换镜头的照相机、数字摄像机、其中包含数字摄像机等的移动电话等，并且个人数字助理（PDA）每个都可以为小型图像拾取单元100的具体应用对象

[实例]

[4.透镜的数值实例]

现在描述根据本实施例的变焦透镜的具体数值实例。需要指出的是，表和描述中的每个标记的含义如下。假设最靠近对象的元件的表面为第一表面，则标记“Ri”表示对着图像递增标记的第i个表面的旁轴（paraxial）曲率半径（mm）。标记“Di”表示在第i个表面和第（i+1）个表面之间在光轴上的间隔（mm）。标记“Ni”表示在构成第i个透镜的材料（介质）的波长中d-线587.6nm（纳米）的折射率的值。标记“νi”表示在构成第i个透镜的材料的d-线的色散系数（Abbe number）的值。需要指出的是，“DFL”表示滤波器FL的间距（spacing），“NFL”表示滤波器FL的折射率，以及“νFL”表示滤波器FL的色散系数。具有“∞”的曲率半径的表面表示平面或孔径表面（aperture surface）。

在每个实例中，非球面的形状通过下面所示的非球算式给出。非球面系数的数据中，符号“E”表示下面的数字是以10为底的“幂指数”，而“E”之前的数值乘以由以10为底的幂函数所表达的数值。

例如“1.0E-05”表示“1.0×10^-5”。

（非球面算式）

Xi=(Ci·Y²)/{1+(1-Ci²·Y²)^1/2}+A4·Y⁴+A6·Y⁶+A8·Y⁸+A10·Y¹⁰

其中，“Xi”为第i个表面的非球面的沿着光轴方向的坐标，“Ci”是第i个表面的旁轴曲率（旁轴曲率半径Ri的倒数（reciprocal）），而“Y”是相对光轴的距离。A4、A6、A8以及A10分别是四阶、六阶、八阶以及十阶非球面系数。

根据数值示例1的变焦透镜1A和根据数值示例2的变焦透镜1B的每一个都配置为满足上述透镜的上述基本配置以及理想条件。

[数值示例1]

根据数值示例1的变焦透镜1A整体由图1所示的14个透镜构成。第一透镜组GR1整体上具有正折射率，并由四个透镜构成，即，第一到第四透镜L1-L4。需要指出的是，第二透镜L2和第三透镜L3构成具有粘结表面的被粘结透镜，该粘结表面的曲率半径为R4。具体而言，在第二透镜L2的靠近像面的一侧上的凹面和在第三透镜L3的靠近对象的一侧上的凸面被粘结在一起，具有相同的曲率半径R4。在第一透镜L1的靠近像面的一侧上的表面和第四透镜L4的两个表面每个都由非球面表面构成。

第二透镜组GR2作为整体具有负折射率，并由三个透镜构成，即第五到第七透镜L5-L7。第二透镜组GR2主要用于改变倍率，其位置可沿着光轴方向移动。第五透镜L5的两个表面以及第七透镜L7的两个表面每个都由非球面表面构成。

第三透镜组GR3整体上具有正折射率，并有三个透镜构成，即第八到第十透镜L8-L10。可沿着基本垂直于光轴Z1的方向移动的第三透镜组GR3,沿着基本垂直于光轴Z1的方向被移位，使其能够使得在像面上形成的图像也沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。需要指出的是，第九透镜L9和第十透镜L10构成具有曲率半径R18的粘结透镜。具体而言，第九透镜L9的靠近像面的一侧上的凸面和第十透镜L10的靠近对象一侧上的凹面被粘合在一起，具有曲率半径R18。第八透镜L8的两个表面每个都由非球面表面构成。

第四透镜组GR4整体上具有正折射率，并由一个透镜构成，即第十一透镜L11。其位置可以沿着光轴方向移动的第四透镜组GR4用于补偿与改变倍率操作相关联的图像位置中的变化以及用于聚焦。需要指出的是，第十一透镜L11的两个表面每个都由非球面表面构成。

第五透镜组GR5作为整体具有正折射率，并由三个透镜构成，即第十二到第十四透镜L12-L14。第十二透镜L12具有负折射率，并且构成第一子透镜组GR5-1，其为固定组，并具有通常固定（normally-fixed）位置。第十三透镜L13正折射率，并且构成作为可移动组的第二子透镜组GR5-2，其作为第二补偿透镜组可沿着基本垂直于光轴Z1的方向移动。第十四透镜L14具有正折射率，并构成第三子透镜组GR5-3，其为固定组，并具有通常固定位置。位于中间的第二子透镜组GR5-2沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位，使其能够使得形成在像面上的图像也沿着基本垂直于光轴Z1的方向移位。需要指出的是，第十二透镜L12的两个表面、第十三透镜L13的两个表面以及第十四透镜L14的靠近像面的一侧上的表面每个都由非球面表面构成。

滤光器FL位于第五透镜组GR5和像面IMG之间。孔径光阑IR设置在第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间。

表1-3显示了变焦透镜1A的具体透镜数据。尤其是，表1中显示了变焦透镜1A的基本透镜数据，而表3显示了非球面的数据。表2显示了其他数据。

在变焦透镜1A中，第二透镜组GR2和第四透镜组GR4中的每一个根据改变倍率操作移动。结果，每个透镜组之前或之后的间距为变化值。表2显示了这种变化间距的数据。具体而言，表2显示了对象在无穷远处时在广角端处（f比率=1.00）、中间焦距（f比率=3.40）以及远摄端(f比率=11.32)的间距D7、D13、D19以及D21。

具有旁轴曲率半径R2、R6、R7、R8、R9、R12、R13、R15、R16、R20、R21、R22、R23、R24、R25以及R27的表面的每一个如前所述都由非球面表面构成。表3分别显示了这种非球面的四阶、六阶、八阶以及十阶非球面系数A4、A6、A8以及A10的值。

表4显示了上述条件表达式的值。根据表4可以理解到，变焦透镜1A满足由所述条件表达式所限定的值。

表1

表2

表3

表4

[数值示例2]

与根据数值示例1的变焦透镜1A一样，根据数值示例2的变焦透镜1B整体由图5所示的14个透镜构成。变焦透镜1B与根据数值示例1的变焦透镜1A不同在于在改变倍率操作时移动组。在变焦透镜1B中，第一透镜组GR1、第二透镜组GR2以及第三透镜组GR3中的每一个在改变倍率操作时沿着光轴方向移动。第四透镜组GR4沿着光轴方向移动，以补偿与改变倍率操作相关联的焦点位置移位以及用于聚焦。其他基本配置与根据数值示例1的变焦透镜1A的那些类似。

表5-7显示了变焦透镜1B的具体透镜数据。尤其是，表5中显示了变焦透镜1B的基本透镜数据，而表7显示了非球面的数据。表6显示了其他数据。

在变焦透镜1B中，第二到第四透镜组GR1到GR4中的每一个根据改变倍率操作移动。结果，每个透镜组之前或之后的间距为变化值。表6显示了这种变化间距的数据。具体而言，表6显示了对象在无穷远处时在广角端处（f比率=1.00）、中间焦距（f比率=4.19）以及远摄端(f比率=11.62)的间距D7、D13、D19以及D21。

具有旁轴曲率半径R2、R6、R7、R8、R9、R12、R13、R15、R16、R20、R21、R22、R23、R24、R25以及R27的表面的每一个都由非球面表面构成。表7分别显示了这种非球面的四阶、六阶、八阶以及十阶非球面系数A4、A6、A8以及A10的值。

表8显示了上述条件表达式的值。根据表8可以理解到，变焦透镜1B满足由所述条件表达式所限定的值。

表5

表6

表7

表8

[像差性能]

图2到4图释了根据数值示例1的变焦透镜1A的像差的性能。图6到8图释了根据数值示例2的变焦透镜1B的像差的性能。每个像差都是在无穷远距离聚焦。图2和6每个都图释了在广角端处的像差。图3和7每个都图释了在中间焦距处的像差，而图4和8每个都图释了在远摄端处的聚焦。

每幅附图都是图释球面像差、像散以及失真的像差示意图。每个像差示意图图释了采用d-线（587.6nm）作为参考波长时的像差。球面像差示意图也图释了采用g-线（435.84nm）和C-线（656.28nm）时的像差。在像散示意图中，S（虚线）表示沿着弧矢（sagittal）方向的像差，而M（实线）表示沿着经向（meridional）方向的像差。

从上面的描述的像差示意图可以理解到，可以在每个数值实例中获得具有高聚焦性能的变焦透镜

[5.其它实施例]

根据本发明的技术并不限于上述实施例和实例，并且可以做出其各种修改和替换。例如，上述数值实例中所示的部件的任何形状和数值仅仅是用来实施该技术的某些示例实施例的具体例子，并且该技术的技术范围不应该由此而被认为受此限制。

例如，尽管在上述实施例和实例中第五透镜组GR5由三个子透镜组构成，并且子透镜组之一（第二子透镜组GR5-2）作为第二补偿透镜组沿着基本垂直于光轴Z1的方向被移位，但是两个或更多的子透镜组可以作为第二补偿透镜组被移位。

而且，尽管上述实施例和实例以及针对具有基本上包含五个透镜组的结构的变焦透镜进行了描述，但是变焦透镜可以具有一种还包括基本上不具有折射率的透镜的结构。

而且，本发明包含此处描述的各种实施例的某些或全部的任何可能的组合，并包含在本发明中。

根据本发明的上述示例实施例可以获得至少下面的配置。

[1]一种变焦透镜，包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组；

具有正折射率的第四透镜组；以及

第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组，

第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置，其中，

第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及

第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像将沿着垂直于光轴的方向移位。

[2]根据[1]所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为在广角端独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许下面的条件表达式（1）将得到满足：

0<{(1-β3w)β3wr×D3w}/{(1-β5w)β5wr×D5w}<1···(1),

其中，在广角端，

β3w是第一补偿透镜组的横向放大率，

β3wr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组作为整体的横向放大率，

D3w是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离，

β5w是第二补偿透镜组的横向放大率，

β5wr是位于第二补偿透镜组和像面之间的所述子透镜组中的一个或多个子透镜组作为整体的横向放大率，以及

D5w是第二补偿透镜组的沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

[3]根据[1]或[2]所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为在远摄端独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许下面的条件表达式（2）将得到满足

1<{(1-β3t)β3tr×D3t}/{(1-β5t)β5tr×D5t}<2···(2)

其中，在远摄端,

β3t是第一补偿透镜组的横向放大率,

β3tr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组作为整体的横向放大率，

D3t是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向移位距离，

β5t是第二补偿透镜组的横向放大率,

β5tr是第二补偿透镜组和像面之间的子透镜组的一个或多个作为整体的横向放大率，以及

D5t是第二补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

[4]根据[1]-[3]所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个具有一个或多个非球面。

[5]根据[1]-[4]所述的变焦透镜，其中，

第一透镜组和第三透镜组被固定而在改变倍率操作时不沿着光轴方向移动，

第二透镜组在改变倍率操作时沿着光轴方向移动，以及

第四透镜组沿着光轴方向移动以便与改变倍率操作相关联地执行焦点位置移位补偿并执行聚焦。

[6]根据[1]-[4]所述的变焦透镜，其中，

第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组中的每一个在改变倍率操作时沿着光轴方向移动，以及

第四透镜组沿着光轴方向移动以便执行与改变倍率操作相关联的焦点位置移位的补偿并执行聚焦。

[7]根据[1]-[6]变焦透镜，还包括基本上不具有折射率的透镜。

[8]一种小型图像拾取单元，其配置有变焦透镜，并且小型图像拾取单元输出与由变焦透镜所形成的光学图像对应的图像拾取信号，所述变焦透镜包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组；

具有正折射率的第四透镜组；以及

第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组，

第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置，其中，

第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及

第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像将沿着垂直于光轴的方向移位a

[9]根据[8]所述的小型图像拾取单元，还包括基本上不具有折射率的透镜。

本发明含与在于2012年6月5日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-127982中所披露的主题相关的主题，其整个内容通过引用方式包含在本申请中。

本领域技术人员应该理解到，可以更具设计需要或其他因素进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们都在附后的权利要求书的范围或其等同范围内即可。

Claims (7)

1.一种变焦透镜，包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组；

具有正折射率的第四透镜组；以及

第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组，

第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置，其中，

第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及

第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像沿着垂直于光轴的方向移位。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为在广角端独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许下面的条件表达式（1）得到满足：

0<{(1-β3w)β3wr×D3w}/{(1-β5w)β5wr×D5w}<1···(1),

其中，在广角端，

β3w是第一补偿透镜组的横向放大率，

β3wr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组作为整体的横向放大率，

D3w是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离，

β5w是第二补偿透镜组的横向放大率，

β5wr是位于第二补偿透镜组和像面之间的所述子透镜组中的一个或多个子透镜组作为整体的横向放大率，以及

D5w是第二补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为在远摄端独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许下面的条件表达式（2）将得到满足

1<{(1-β3t)β3tr×D3t}/{(1-β5t)β5tr×D5t}<2···(2)

其中，在远摄端,

β3t是第一补偿透镜组的横向放大率,

β3tr是位于第一补偿透镜组和像面之间的透镜组作为整体的横向放大率，

D3t是第一补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离，

β5t是第二补偿透镜组的横向放大率,

β5tr是第二补偿透镜组和像面之间的子透镜组中的一个或多个子透镜组作为整体的横向放大率，以及

D5t是第二补偿透镜组沿着垂直于光轴的方向的移位距离。

4.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个具有一个或多个非球面。

5.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，

第一透镜组和第三透镜组被固定而在改变倍率操作时不沿着光轴方向移动，

第二透镜组在改变倍率操作时沿着光轴方向移动，以及

第四透镜组沿着光轴方向移动以便与改变倍率操作相关联地执行焦点位置移位补偿并执行聚焦。

6.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，

第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组中的每一个在改变倍率操作时沿着光轴方向移动，以及

第四透镜组沿着光轴方向移动以便与改变倍率操作相关联地执行焦点位置移位补偿并执行聚焦。

7.一种图像拾取单元，其设置有变焦透镜，该图像拾取单元输出与由变焦透镜形成的光学图像对应的图像拾取信号，所述变焦透镜包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组；

具有正折射率的第四透镜组；以及

第五透镜组，具有正折射率并配置有多个子透镜组，

第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组以及第五透镜组从物面按照所叙述的顺序布置，其中，

第三透镜组作为第一补偿透镜组，而所述多个子透镜组中的一个或多个子透镜组作为第二补偿透镜组，以及

第一补偿透镜组和第二补偿透镜组的每一个被配置为独立地沿着垂直于光轴的方向移位以便容许形成在像面上的图像沿着垂直于光轴的方向移位。

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