CN1673796A - 具有接合透镜的变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

一种具有接合透镜的变焦镜头，其从物体侧依次具备负的第1组(11)、正的第2组(12)和正的第3组(13)，在变焦时第1组(11)和第2组(12)移动。第1组(11)由具有负折射能力的第1透镜(G1)、具有正折射能力的第2透镜(G2)构成；第2组(12)由具有非球面且在近轴附近凸面朝向物体侧的正折射能力的玻璃制的第3透镜(G3)、第4透镜(G4)和凹面朝向像侧且与第4透镜(G4)一起形成接合透镜的第5透镜(G5)构成；第3组(13)只由1块具有正折射能力的两凸形状的第6透镜(G6)构成。因此，与高像素化相对应、且特别适用于往小型信息终端设备中搭载、能实现低成本且小型的变焦光学***。

Description

具有接合透镜的变焦镜头
技术领域
本发明涉及适于往例如带相机的便携电话或PDA(Personal DigitalAssistant)等小型信息终端设备上搭载的具有接合透镜的变焦镜头。
背景技术
近年来，伴随着个人计算机向一般家庭等普及，可将拍摄的风景和人物像等图像信息输入个人计算机的数码静物相机(以下，只称作数码相机)迅速普及起来。另外，随着便携电话的高功能化，搭载小型摄像模块的带相机的便携电话也迅速普及起来。另外，在PDA等小型信号终端设备中搭载摄像模块也普及起来。
具备这些摄像功能的设备中，采用了CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件。这些摄像元件，伴随着近年来非常小型化及高像素化的进展，对于摄像设备主体及搭载其上的透镜上，也要求高对比度的同时还要求构成的小型化。在例如带相机的便携电话等中，100万像素以上的与兆位像素对应的装置被实用化，相对于性能方面的要求也高起来。
不过，采用摄像元件的摄像设备中，作为实现变焦功能的方法，有光学变焦方式和电子变焦方式。光学变焦方式为：搭载变焦镜头作为拍摄镜头，光学地改变拍摄倍率。电子变焦方式为：通过信号处理对图像进行微调等，电子地改变被摄物体像的大小。一般地，光学变焦方式，能比电子变焦方式获得高分辨率。从而，以高分辨率进行变焦时，光学变焦方式为优选。
以前，作为数码相机等采用的比较小型的变焦镜头，例如以下的专利文献1所述。专利文献1中记载了一种整体由5块或6块透镜构成的2组变焦方式的变焦镜头。
专利文献1：特开2003-270533号公报
带相机的便携电话等小型信息终端设备中，以前，在成本或小型化方面一般采用定焦镜头，而伴随着最近的高功能化、多功能化而要求变焦功能。从而，最近，在采用定焦镜头的带相机的便携电话等中也通过采用电子变焦方式实现变焦功能。不过，采用电子变焦方式时，像的放大率越大则分辨率越劣化，因此，很难与近年的摄像元件的高像素化相对应。
为此，在带相机的便携电话中也考虑搭载变焦镜头、采用光学变焦方式。此时，使用现有的开发用于数码相机用的高性能的变焦镜头，在成本方面和紧凑性方面不现实。上述专利文献1所述的变焦镜头，作为数码相机用由于比较少的透镜块数从而也能谋求小型化，但是，在用于小型信息终端设备时，优选是谋求比其更加小型化，还谋求低成本化。另一方面，现有开发的由3块左右构成的低成本且小型的变焦镜头，很难与高像素化相对应。
发明内容
本发明，即是鉴于上述问题点而产生，其目的在于提供一种具有接合透镜的变焦镜头，其与高像素化相对应、且特别适于往小型信息终端设备中搭载、能实现低成本且小型的透镜光学***。
本发明的具有接合透镜的变焦镜头，从物体侧依次具备具有负折射能力的第1组、具有正折射能力的第2组和具有正折射能力的第3组，在变焦时使第1组和第2组在光轴上移动。第1组，从物体侧依次由具有负折射能力的第1透镜和具有正折射能力的第2透镜构成。第2组，从物体侧依次由具有非球面且在近轴附近凸面朝向物体侧的正折射能力的玻璃制的第3透镜、第4透镜和凹面朝向像侧且与第4透镜一起形成接合透镜的第5透镜构成。第3组只由1块具有正折射能力的两凸形状的第6透镜构成。再有，其构成满足以下条件式。
4.0＜Tt/fw＜5.0          (1)
1.1＜f2g/fw＜1.45        (2)
其中，fw表示广角端的整个***的焦距，Tt表示望远端的共轭距离(全长)，f2g表示第2组的焦距。
该变焦镜头，其构成优选满足以下条件式。
30＜|v3/f3+v4/f4+v5/f5|×fw＜50        (3)
0.4＜DG45/fw＜0.9                      (4)
其中，f3表示第3透镜的焦距，f4为第4透镜的焦距，f5为第5透镜的焦距，v3表示第3透镜的阿贝数，v4为第4透镜的阿贝数，v5表示第5透镜的阿贝数。DG45表示由第4透镜和第5透镜构成的接合透镜的中心厚度。
该变焦镜头，第4透镜例如可以由凹面朝向物体侧的透镜构成。另外，第1透镜及第3透镜例如可以两面为非球面、且可以由合成树脂制透镜构成第1透镜。此时，优选第6透镜为合成树脂制透镜。
由本发明产生的变焦镜头，通过使第1组和第2组在光轴上移动从而进行变焦。调焦也可以由第3组进行，不过在变焦时及调焦时使第3组为固定，则在减少移动组方面有利，另外，在机械性强度和坚固性等方面有利，因而为优选。将第3组作为固定组时，调焦可以通过例如将单个第1组、或第1组和第2组在近距离拍摄时向前侧伸出而进行。
该变焦镜头，作为3组6块构成，与例如上述专利文献1所述的5块构成的变焦镜头相比增加了透镜块数，因而，能获得比其更明亮的性能，还可以良好地矫正像差。特别是为了减少轴上的色差而在第2组上采用接合透镜。此外，还特别满足条件式(1)、(2)使放大率分配适当，因而能实现全长缩短、小型的光学***。再有，根据需要可适当采用上述的优选条件，从而对像差的矫正更加有利，能获得与高像素化对应的高性能的变焦光学***。例如，由于采用合成树脂制的透镜也能谋求低成本化。再有由于采用非球面透镜而更好地矫正像差且还能缩短全长。
发明的效果
根据本发明的具有接合透镜的变焦镜头，作为3组6块构成，并且，在第2组中采用接合透镜、且满足各条件式使放大率分配等适当，因此，能实现与高像素化相对应、且特别适于往小型信息终端设备中搭载的低成本小型的变焦光学***。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的变焦镜头的一构成例的、与实施例1对应的透镜剖视图。
图2是表示本发明的第2实施方式的变焦镜头的一构成例的、与实施例2对应的透镜剖视图。
图3是表示实施例1的变焦镜头的透镜数据的图。
图4是表示实施例2的变焦镜头的透镜数据的图。
图5是表示实施例3的变焦镜头的透镜数据的图。
图6是表示各实施例的透镜所满足的条件式所涉及的值的图。
图7是表示实施例1的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。
图8是表示实施例1的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。
图9是表示实施例2的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。
图10是表示实施例2的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。
图11是表示实施例3的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真的像差图。
图12是表示实施例3的变焦镜头的望远端的球面像差、像散及失真的像差图。
图中：11-第1组；12-第2组；13-第3组；GC-玻璃罩；G1～G6-第1透镜～第6透镜；Ri-从物体侧开始的第i号透镜面的曲率半径；Di-从物体侧开始的第i号和第i+1号透镜面的面间隔；Simg-成像面(摄像面)；Z1-光轴。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1表示本发明的第1实施方式的变焦镜头的一构成例。该构成例与后述的第1数值实施例(图3(A)、(B))的透镜构成相对应。还有，图1表示广角端的透镜配置。
图1中，符号Ri，表示以包括光圈St在内的最靠物体侧的构成要素的面作为第1号，随着向像侧(成像侧)依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～14)面的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面的光轴Z1上的面间隔。
该变焦镜头特别适合搭载在采用小型摄像元件的摄像设备例如带相机的便携电话等小型信息终端设备中。该变焦镜头，沿光轴Z1具备带负折射能力第1组11、带正折射能力的第2组12和具有正折射能力的第3组13。明亮光圈St设置在第2组12内、例如设在第3透镜G3与第4透镜G4之间。
在该变焦镜头的成像面(摄像面)Simg上配置没有图示的CCD等摄像元件。在作为最终透镜组的第3组13和摄像面Simg之间，可以对应安装透镜的相机侧的构成，配置各种光学部件。图示的构成例中，配置有用以保护摄像面Simg的玻璃罩GC。除此之外，还可以配置红外线截止滤波器和低通滤波器等光学部件。
该变焦镜头为2组变焦方式，通过使第1组11和第2组12在光轴上移动从而进行变焦。第1组11和第2组12，随着从广角端向望远端变焦距，而大致像描绘图1中实线所示的轨迹那样移动。调焦，例如利用第3组13进行。而将第3组13作为固定组，则例如可以通过将单个第1组11、或第1组11和第2组12双方在近距离拍摄时向前侧伸出从而进行调焦。
第1组11，由第1透镜G1和第2透镜G2构成。第1透镜G1具有负折射能力，例如呈两凹形状。第2透镜G2具有正折射能力。第2透镜G2为例如凸面朝向物体侧的正的弯月球面透镜。
第2组12由第3透镜G3、第4透镜G4及第5透镜G5构成。第3透镜G3是至少1面为非球面的玻璃制非球面透镜。第3透镜G3具有正折射能力，在近轴附近凸面朝向物体侧，为例如两凸形状。第4透镜G4为具有负折射能力的两凹形状的球面透镜。
第5透镜G5与第4透镜G4一起形成接合透镜。第5透镜G5为例如凹面朝向像侧的弯月状。
第3组13只由1块第6透镜G6构成。第6透镜G6具有正折射能力，为两凸形状。第6透镜G6优选是合成树脂制的非球面透镜。
该变焦镜头，其构成满足以下的条件式(1)、(2)。而fw表示广角端的整个***的焦距，Tt表示望远端的共轭距离(全长)，f2g表示第2组12的焦距。
4.0＜Tt/fw＜5.0            (1)
1.1＜f2g/fw＜1.45          (2)
该变焦镜头，关于第2组12，其构成优选还满足以下条件式中的至少1个。其中，fg5表示第5透镜G5的焦距。f3表示第3透镜G3的焦距，f4为第4透镜G4的焦距，f5为第5透镜G5的焦距，v3表示第3透镜G3的阿贝数(Abbe数)，v4为第4透镜G4的阿贝数，v5表示第5透镜G5的阿贝数。DG45表示由第4透镜G4和第5透镜G5构成的接合透镜的中心厚度。
30＜|v3/f3+v4/f4+v5/f5|×fw＜50      (3)
0.4＜DG45/fw＜0.9                    (4)
关于条件式(4)，更希望在以下的数值范围内。
0.4＜DG45/fw＜0.7                    (4A)
该变焦镜头，关于第2组12及第3组13，其构成还优选满足以下条件式。f6表示第6透镜G6的焦距，v6表示第6透镜G6的阿贝数。
65＜|v3/f3+v4/f4+v5/f5+v6/f6|×fw＜75   (5)
下面，关于如以上构成的变焦镜头的作用及效果进行说明。
该变焦镜头，通过使第1组11和第2组12在光轴上移动从而进行变焦。调焦，也可以由第3组13进行，不过在变焦时及调焦时使第3组13固定，则在减少移动组方面有利，另外，在机械性强度和坚固性等方面有利，因而优选。另外，以第1组11和第2组12双方作为焦点组移动，能减少各个组的移动量，因而优选。此时，使第1组11的放大率和第2组12的放大率比第3组的放大率相对较强，可减少变焦时及调焦时的移动量，因而优选。
该变焦镜头，作为3组6块构成，与例如上述专利文献1(特开2003-270533号公报)所述的5块构成的变焦镜头相比增加了透镜块数，因此，能获得比其更明亮的性能，还可以良好地矫正像差。特别是通过在第2组12上采用接合透镜，而能减少轴上的色差。另外，由于采用合成树脂制的透镜而能谋求低成本化。合成树脂制透镜与玻璃制透镜相比较，随温度产生的光学特性变化大。特别是，随温度变化而产生的焦点偏移和像面变动成为问题。另一方面，采用小型的拍摄透镜时，最近通过采用压电元件作为移动机构的小型驱动装置使多个移动组独立、且能自由地移动控制。因此，即使发生随温度而产生光学特性的变化，例如也能比较容易地对第1组11和第2组12进行移动控制以将其矫正，即使多用合成树脂制透镜也不会造成很大问题。
另外，该变焦镜头多用非球面透镜，从而能良好地矫正像差且缩短全长。除此之外，还满足各条件式、使放大率分配等适当，因而与上述专利文献1所述的变焦镜头相比较，能获得全长短、小型且与高像素化对应的高性能光学***。
条件式(1)是关于透镜***的全长的。若不足条件式(1)的下限、全长过短，则特别是很难维持望远端的性能。另外，若超过条件式(1)的上限，则性能良好，不过由于全长过长，而实际上失去了产品化时的市场竞争力。
条件式(2)是关于作为2个变焦移动组中后侧移动组的第2组12的放大率的。满足条件式(2)，使第2组12的放大率比较强，容易缩短全长，因而优选。
条件式(3)是关于第2组12内部的消色的条件的。选择适当的玻璃材料以满足条件式(3)，因而能在第2组12内部进行良好的消色。
条件式(4)对由第4透镜G4和第5透镜G5构成的接合透镜的中心厚度的适当范围进行了规定。使中心厚度为适当的值以满足条件式(4)，因而能减小变焦时的像面变动，特别是能良好地保持在中间区域的像面位置。另外，在减小轴上色差方面也有利。另外，若超过条件式(4)的下限，中心厚度过薄，则包含接合透镜的第2组12整体的前侧主点位置向后移动，特别是在长焦点时的第1组11和第2组12之间的间隔不足够因而不优选。
条件式(5)是关于第2组12及第3组13内各透镜的阿贝数的条件的。选择适当的玻璃材料以满足该条件，从而关于色差可满足良好的性能。还在减小全长上有利。
如上所述，根据本实施方式，有效使用接合透镜，从而能实现与高像素化对应且特别适合于往小型信息终端设备上搭载的低成本小型变焦光学***。
[第2实施方式]
下面，关于本发明的第2实施方式进行说明。以下，只对与第1实施方式不同的部分进行说明。
图2表示本实施方式的变焦镜头的一构成例。该构成例与后述的第2数值实施例(图4(A)、(B))的透镜构成对应。还有，图2表示广角端的透镜配置。
该变焦镜头，明亮光圈St比较靠前侧、即配置在第3透镜G3的前侧，因此与配置在其后侧的情形相比较，更加减小了第1组11的有效直径，可谋求透镜整体的小型化。
该变焦镜头，优选是第1透镜G1及第3透镜G3均为两面非球面。此时，还优选第1透镜G1为合成树脂制透镜。第1透镜G1在近轴附近为例如两凹形状。
该变焦镜头，优选负的第1透镜G1为合成树脂制透镜，而与只有1块为合成树脂制透镜相比较，正的第6透镜G6也为合成树脂制透镜，使正负2块为合成树脂制透镜，则形成温度补偿，能减少焦点移动量，因而为优选。
第3透镜G3的像侧的面，其形状为例如越向周边越具有与近轴附近不同符号曲率的形状，即像侧在近轴附近为凸形状而随着靠向周边成为凹形状，而在像差矫正方面为优选。
第4透镜G4，凹面朝向物体侧，是例如具有负折射能力的两凹形状的球面透镜。
该变焦镜头，关于条件式(1)(2)更优选是在以下的数值范围。从而，能更加缩短全长。
4.0＜Tt/fw＜4.3           (1A)
1.1＜f2g/fw＜1.35         (2A)
如上所述，根据本实施方式，能实现与高像素化对应且特别适于往小型信息终端设备中搭载的低成本小型光学***。
[实施例]
下面，关于本实施方式的变焦镜头的具体数值实施例进行说明。
[实施例1]
首先，关于与第1实施方式对应的数值实施例进行说明。图3(A)、(B)表示作为与图1所示的变焦镜头的剖面构成相对应的数值实施例(实施例1)的具体透镜数据。还有，图3(A)表示其实施例的透镜数据中的基本数据部分，图3(B)表示关于其实施例的透镜数据中非球面形状的数据部分。
图3(A)的各透镜数据的面号码Si栏，关于本实施例的变焦镜头，表示以包括光圈St、玻璃罩GC在内的最靠物体侧的构成要素的面作为第1号、随着靠向像侧依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～14)面的面的号码。曲率半径Ri栏，与图1中赋予的符号Ri相对应，表示从物体侧开始的第i面的曲率半径的值。关于面间隔Di栏，也与图1中赋予的符号相对应，表示从物体侧开始的第i面Si和第i+1面Si+1的光轴上的间隔。曲率半径Ri及面间隔Di的值的单位为毫米(mm)。Ndj、vdj栏表示包括玻璃罩GC在内、从物体侧开始的第j(j＝1～7)光学要素的相对于d线(587.6nm)的折射率及阿贝数的值。
该实施例1的变焦镜头，为了随着变化倍率、使第1组11及第2组12在光轴上移动，而使这些各组的前后的面间隔D4、D10的值为可变的。图3(A)的透镜数据中，作为这些可变的面间隔D4、D10，记下最大值和最小值。
如图3(A)所示，实施例1的变焦镜头中的第6透镜G6为合成树脂制透镜。
图3(A)所示的各透镜数据，附在面号码左侧的记号“*”，表示其透镜面为非球面形状。实施例1的变焦镜头其第3透镜G3的两面S5、S6及第6透镜G6的两面S11、S12为非球面形状。图3(A)的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴附近(近轴附近)的曲率半径的数值。
在图3(B)所示的各非球面数据的数值中，记号“E”表示接在其后的数值是以10为底的“幂指数”，表示其以10为底的指数函数所表示的数值与“E”前的数值相乘。例如若为“1.0E-02”，则表示“1.0×10-2”。
非球面数据，记下由以下式(A)表示的非球面形状的式的各系数Ai、KA的值。Z更详细地说，表示从距光轴高h位置的非球面上的点向下至非球面顶点的接平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度(mm)。
Z＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Ai·hi    (A)
其中
Z：非球面的深度(mm)
h：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)
KA：离心率
C：近轴曲率＝1/R(R：近轴曲率半径)
Ai：第i次(i＝3～10)的非球面系数
如图3(B)所示，实施例1的变焦镜头，各非球面只是有效利用非球面系数Ai为偶数次的项(A4、A6、A8、A10)而构成。
[实施例2、3]
下面，关于与第2实施方式对应的2个数值实施例进行说明。以下，对2个数值实施例进行概括说明。图4(A)、(B)为与第2实施方式对应的第1数值实施例(实施例2)，表示与图2所示变焦镜头的剖面构成相对应的具体透镜数据。另外，图5(A)、(B)为与第2实施方式对应的第2数值实施例(实施例3)。该实施例3的变焦镜头的剖面构成，与图2类似因而省略。还有，图4(A)及图5(A)表示其实施例的透镜数据中基本数据部分，图4(B)及图5(B)表示其实施例的透镜数据中关于非球面形状的数据部分。各透镜数据所表示的数值的意思，与实施例1同样。
如图4所示，实施例2的变焦镜头，其第1透镜G1及第6透镜G6为合成树脂制透镜。另外，如图5(A)所示，实施例3的变焦镜头，其第1透镜G1为合成树脂制透镜。
实施例2、3的变焦镜头，都是第1透镜G1的两面S1、S2及第3透镜G3的两面S6、S7为非球面形状。实施例2、3的变焦镜头，都是第1透镜G1的两面S1、S2不仅有效利用非球面系数AI奇数次的项，也有效利用非球面系数Ai偶数次的项而构成。第3透镜G3的两面S6、S7，只是有效利用偶数次的项而构成。
图6，关于各实施例概括表示上述各条件式所涉及的值。如图6所示，各实施例的值，在各条件式(1)～(5)的数值范围内。关于实施例2、3，还满足条件式(1A)、(2A)的数值范围。
图7(A)～(C)表示实施例1的变焦镜头的广角端的球面像差、像散及失真(歪曲像差)。图8(A)～(C)表示望远端的同样的像差。各像差图，表示以波长540nm为基准波长的像差，而球面像差图及像散图还表示波长420nm、680nm的像差。像散图中，实线表示径向(sagittal)的像差、虚线表示切线方向的像差。FNO.表示F值，ω表示半视场角。
同样，关于实施例2的变焦镜头的诸像差如图9(A)～(C)(广角端)及图10(A)～(C)(望远端)所示。同样，关于实施例3的变焦镜头的诸像差如图11(A)～(C)(广角端)及图12(A)～(C)(望远端)所示。
如以上的各数值数据及各像差图所表明的那样，关于各实施例，能实现适于往小型信息终端设备中搭载、小型且高性能的变焦光学***。
还有，本发明并不限定于上述各实施方式及各实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等，并不限定于上述各数值实施例所示的值，也可以取其他值。

Claims (6)

1.一种具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：从物体侧依次由具有负折射能力的第1组、具有正折射能力的第2组、具有正折射能力的第3组构成，在变焦时使上述第1组和上述第2组在光轴上移动；
上述第1组，从物体侧依次由具有负折射能力的第1透镜、具有正折射能力的第2透镜构成；
上述第2组，从物体侧依次由具有非球面且在近轴附近凸面朝向物体侧的正折射能力的玻璃制的第3透镜、第4透镜、和凹面朝向像侧且与第4透镜一起形成接合透镜的第5透镜构成；
上述第3组只由1块具有正折射能力的两凸形状的第6透镜构成；
并且，其构成满足以下条件式，
4.0＜Tt/fw＜5.0           (1)
1.1＜f2g/fw＜1.45         (2)
其中，fw为广角端的整个***的焦距、Tt为望远端的共轭距离即全长、f2g为第2组的焦距。
2.根据权利要求1所述的具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：其构成还满足以下条件式，
30＜|v3/f3+v4/f4+v5/f5|×fw＜50        (3)
其中，f3为第3透镜的焦距、f4为第4透镜的焦距、f5为第5透镜的焦距、v3为第3透镜的阿贝数、v4为第4透镜的阿贝数、v5为第5透镜的阿贝数。
3.根据权利要求1或2所述的具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：其构成还满足以下条件式，
0.4＜DG45/fw＜0.9                            (4)
其中，DG45为由第4透镜和第5透镜构成的接合透镜的中心厚度。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：上述第4透镜的凹面朝向物体侧。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：上述第1透镜及上述第3透镜的两面都为非球面，且上述第1透镜为合成树脂制透镜。
6.根据权利要求5所述的具有接合透镜的变焦镜头，其特征在于：上述第6透镜为合成树脂制透镜。
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