成像单元以及成像装置 技术领域 本公开涉及一种成像单元以及成像装置。 具体地， 本公开涉及以下技术邻域 ： 一种 具有高缩放比例并且可以优选地为照相机、 摄像机、 监视相机等提供足够更宽的成像视角 的成像单元以及一种包括所述成像单元的成像装置。
背景技术
近来， 成像装置 ( 诸如数字相机 ) 的市场已经庞大并且已经存在对数字相机等的 成像装置的各种广泛的用户需求。不仅对于更高的图像质量和更小并更薄的机身的需求， 而且对于包括变焦透镜的成像单元的更高的放大倍率和更宽的角度的需求近来已经很强 烈。
一般地， 带有具有正折射力的最靠近被摄体的透镜组的正引导型 (positive lead-type) 光学系统具有使其缩放因数更大的优点， 并且其通常被用作适合在例如缩放比 例超过五倍的更高放大倍率的类型。 具体地， 作为小的正引导型光学系统， 已知了从被摄体一侧向图像一侧顺序地具 有正、 负、 正、 正折射力的四个透镜组的四组配置的光学系统 ( 变焦透镜 )( 例如， 参见专 利文件 1(JP-A-2006-23529)、 专利文件 2(JP-A-2005-338740)、 专利文件 3( 日本专利第 3977150 号 )、 以及专利文件 4(JP-A-2006-308957))。
发明内容
然而， 在专利文件 1 和专利文件 3 中描述的具有正、 负、 正、 正折射力的四组配置的 光学系统中， 没有实现足够的更高的放大倍率。 此外， 一般地， 在具有正、 负、 正、 正折射力的 四组配置的光学系统中， 为了更宽的角度， 第一透镜组的最靠近被摄体的透镜的外直径通 常倾向于更大。因此， 在专利文件 1 和专利文件 3 中描述的具有正、 负、 正、 正折射力的四组 配置的光学系统中， 没有实现足够更宽的成像视角以及尺寸缩减。
此外， 执行对于光学系统的更宽角度以及更高放大倍率的良好的像差校正是必要 的， 并且一般使用多个透镜。专利文件 4 中描述的光学系统是一种具有更高放大倍率以及 更宽角度的光学系统， 然而， 如上所述的良好像差校正是必要的， 并且在第一透镜组中的透 镜数目庞大并且没有实现足够的尺寸缩减。
此外， 在具有正、 负、 正、 正折射力的四组配置的光学系统中， 通常提供第四透镜组 用于聚焦， 并且尺寸大于具有更少的透镜组 ( 如三组配置等 ) 的光学系统， 并且实现更加充 分的尺寸缩减已经是一个问题。
因此， 特别地， 在其中当不执行成像时收回透镜以便存储的所谓可伸缩的成像单 元中， 减少透镜的数目以便在收回时在光轴方向变薄是极其困难的。 相应地， 强烈地期望开 发一种不仅具有更高放大倍率以及更宽角度而且具有更小尺寸的成像单元。
此外， 在使用诸如 CCD( 电荷耦合器件 ) 或 CMOS( 互补金属氧化物半导体 ) 的固态 成像器件的成像装置中， 期望使用在被摄体一侧远心 (telecentric) 附近的成像单元以便实现均匀的图像平面光照度。作为成像单元， 其中最靠近图像一侧的透镜组具有正折射力 的成像单元是优选的。
相应地， 期望提供一种其中实现更高放大倍率、 更宽角度、 以及更小尺寸的成像单 元和成像装置。
根据本公开一个实施例的成像单元， 包括 ： 具有正折射力的第一透镜组， 具有负折 射力的第二透镜组， 具有正折射力的第三透镜组， 以及对由从被摄体一侧向图像一侧顺序 地排列的第一透镜组至第三透镜组形成的光学图像进行成像的固态成像器件， 在从广角端 到远摄端变焦时， 第一透镜组和第二透镜组之间的距离变大而第二透镜组和第三透镜组之 间的距离变小， 并且从第二透镜组到固态成像器件的距离在广角端时是所有变焦位置中最 长的。
因此， 在成像单元中， 在变焦时极大地有助于缩放效应的第二透镜组和第三透镜 组的缩放效应变得更大。
在成像单元中， 期望在第二透镜组和第三透镜组之间提供孔径光阑 (aperture stop) 并且该孔径光阑在变焦时与第三透镜组整体地移动。
变焦时用于孔径光阑的专用空间是不必要的。
在成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (1) ：
(1)0.45 ＜ f3/(fw·ft)1/2 ＜ 0.70
其中
f3 ： 第三透镜组的焦距
fw ： 整个光学系统在广角端时的焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端时的焦距
如果成像单元满足条件表达式 (1)， 则使得第三透镜组的折射力合适。
在成像单元中， 期望在第三透镜组中位于最靠近图像一侧的透镜表面被形成为非 球面表面。
通过将第三透镜组中位于最靠近图像一侧的透镜表面形成为非球面表面， 在所有 变焦位置上成功地校正了慧形像差以及场曲率 (field curvature)。
在成像单元中， 期望通过从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列第一负透镜、 第二 负透镜、 以及正透镜来形成第二透镜组。
由于第二透镜组通过从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列第一负透镜、 第二负透 镜、 以及正透镜而形成， 所以第二透镜组的主点 (principal point) 位置容易地变得更靠近 被摄体一侧。
在成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (2) ：
(2)-0.50 ＜ f2/(fw·ft)1/2 ＜ -0.30
其中
f2 ： 第二透镜组的焦距
fw ： 整个光学系统在广角端时的焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端时的焦距
如果成像单元满足条件表达式 (2)， 则使得第二透镜组的折射力合适。
在成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (3) ：(3)-2.0 ＜ f12w/fw ＜ -1.5
其中
f12w ： 第一透镜组和第二透镜组在广角端时的组合焦距
fw ： 整个光学系统在广角端时的焦距
如果成像单元满足条件表达式 (3)， 则使得第一透镜组和第二透镜组的组合的折 射力合适。
在成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (4) ：
(4)0.8 ＜ f23t/ft ＜ 3.5
其中
f23t ： 第二透镜组和第三透镜组在远摄端时的组合焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端时的焦距
如果成像单元满足条件表达式 (4)， 则使得第二透镜组和第三透镜组的组合的折 射力合适。
在成像单元中， 期望在光轴方向上移动固态成像器件并且执行聚焦。
通过在光轴方向上移动固态成像器件并且执行聚焦， 用于聚焦目的透镜组变得不 是必需的。 在成像单元中， 期望在变焦时在光轴方向上移动固态成像器件并且固态成像器件 在广角端时的位置在无限远被摄体聚焦时最靠近图像一侧。
由于固态成像器件在广角端时的位置在无限远被摄体聚焦时最靠近图像一侧， 所 以可以在变焦时最大程度地确保在远摄端时比在广角端时更长的聚焦行程。
在成像单元中， 期望在变焦时将第二透镜组固定在光轴方向上。
由于在变焦时将第二透镜组固定在光轴方向上， 所以在变焦时不需要提供用于移 动第二透镜组的驱动机构。
在成像单元中， 期望地在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固 态成像器件从被摄体一侧向图像一侧移动。
由于在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件从被摄 体一侧向图像一侧移动， 所以可以在变焦时最大程度地确保在远摄端时比在广角端时更长 的聚焦行程。
在成像单元中， 期望在光轴方向上移动固态成像器件并且执行聚焦， 以及在变焦 时在光轴方向上移动固态成像器件， 并且在聚焦和变焦时， 通过步进电机的驱动力在光轴 方向上移动固态成像器件。
由于在聚焦和变焦时， 通过步进电机的驱动力在光轴方向上移动固态成像器件， 所以可以通过相同的机构控制变焦和聚焦的操作。
在成像单元中， 期望在光轴方向上移动固态成像器件并且执行聚焦， 在变焦时在 光轴方向上移动固态成像器件， 以及在聚焦和变焦时， 通过直线电机的驱动力在光轴方向 上移动固态成像器件。
由于在聚焦和变焦时， 通过直线电机的驱动力在光轴方向上移动固态成像器件， 所以可以通过相同的机构控制变焦和聚焦的操作。
根据本公开的一个实施例的一种成像装置， 包括 ： 变焦透镜， 该变焦透镜包括从被
摄体一侧向图像一侧顺序地排列的、 具有正折射力的第一透镜组， 具有负折射力的第二透 镜组， 具有正折射力的第三透镜组 ； 固态成像器件， 其对通过变焦透镜形成的光学图像进行 成像 ； 具有利用其执行操作的开关的输入单元 ； 以及至少控制变焦透镜的驱动的驱动控制 单元， 其中， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一透镜组和第二透镜组之间的距离变大而第二 透镜组和第三透镜组之间的距离变小， 以及从第二透镜组到固态成像器件的距离在广角端 时是所有变焦位置中最长的。
因此， 在成像单元中， 在变焦时极大地有助于缩放效应的第二透镜组和第三透镜 组的缩放效应变得更大。
依据根据具有以上描述的配置的本公开的实施例的成像单元和成像装置， 可以实 现更高的放大倍率、 更宽的角度、 以及更小的尺寸。 附图说明 图 1 示出了本公开的第一实施例的成像单元的配置。
图 2 示出了关于本公开第一实施例的成像单元的广角端和远摄端之间的变焦时 透镜组和固态成像器件的移动。
图 3 与图 4 和图 5 一起示出了其中将特定数值应用于第一实施例的数值示例的像 差图， 并且示出了在广角端状态下球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 4 示出了在中间焦距状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 5 示出了在远摄端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 6 示出了本公开的第二实施例的成像单元的配置。
图 7 示出了关于本公开的第二实施例的成像单元的、 在广角端和远摄端之间变焦 时的透镜组和固态成像器件的移动。
图 8 与图 9 和图 10 一起示出了其中将特定数值应用于第二实施例的数值示例的 像差图， 并且示出了在广角端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 9 示出了在中间焦距状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 10 示出了在远摄端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 11 示出了本公开的第三实施例的成像单元的配置。
图 12 示出了关于本公开的第三实施例的成像单元的、 在广角端和远摄端之间变 焦时透镜组和固态成像器件的移动。
图 13 与图 14 和图 15 一起示出了其中将特定数值应用于第三实施例的数值示例 的像差图， 并且示出了广角端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 14 示出了在中间焦距状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 15 示出了在远摄端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 16 示出了本公开的第四实施例的成像单元的配置。
图 17 示出了关于本公开的第四实施例的成像单元、 在广角端和远摄端之间变焦 时透镜组和固态成像器件的移动。
图 18 与图 19 和图 20 一起示出了其中将特定数值应用于第四实施例的数值示例 的像差图， 并且示出了在广角端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 19 示出了在中间焦距状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。
图 20 示出了在远摄端状态下的球面像差、 像散、 畸变、 以及横向像差。 图 21 是示出了本公开的一个实施例的成像装置的框图。具体实施方式
如下， 将阐述根据本公开一个实施例的实施成像单元和成像装置的优选实施例。
[ 成像单元的配置 ]
在根据本公开一个实施例的成像单元中， 通过从被摄体一侧向图像一侧顺序地排 列具有正折射力的第一透镜组， 具有负折射力的第二透镜组， 具有正折射力的第三透镜组， 以及对由第一透镜组至第三透镜组形成的光学图像进行成像的固态成像器件。
此外， 在根据本公开一个实施例的成像单元中， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一 透镜组和第二透镜组之间的距离变大并且第二透镜组和第三透镜组之间的距离变小， 并且 从第二透镜组到固态成像器件的距离在广角端时是所有变焦位置中最长的。
根据以上描述的配置， 在确保更宽角度的同时， 可通过使得极大地有助于变焦时 的缩放效应的第二透镜组和第三透镜组的缩放效应最大化来实现更高的放大倍率， 并且进 一步， 可以通过缩短整个光学系统的整体长度来实现尺寸缩减。 在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在第二透镜组和第三透镜组之间 提供孔径光阑并且孔径光阑在变焦时与第三透镜组整体地移动。
根据孔径光阑的配置， 即使当实现了更高的放大倍率时， 在所有变焦位置上也可 以确保充分的 F 数以及外围亮度。进一步， 根据其中孔径光阑与第三透镜组整体地移动的 配置， 在变焦时不必单独地移动孔径光阑， 并且因此， 可以减少驱动机构以及简化并尺寸缩 减成像单元。
一般地， 尤其在孔径光阑具有用于光量等的调整的开启与关闭机构的情况下， 孔 径具有光圈叶片 (diaphragm blade) 的驱动机构， 快门等等， 并且因为用于移动的空间变得 难以确保以及透镜筒的结构变得复杂， 独立的移动不是优选的。 因此， 根据以上描述的其中 孔径光阑与第三透镜组整体移动的配置， 可以使提供成像单元的透镜筒缩减尺寸。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (1)。 1/2
(1)0.45 ＜ f3/(fw·ft) ＜ 0.70
其中
f3 ： 第三透镜组的焦距
fw ： 整个光学系统在广角端的焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端的焦距
条件表达式 (1) 是定义第三透镜组折射力的表达式。
第三透镜组是极大地有助于变焦时的缩放的透镜组， 并且重要的是适当地设置第 三透镜组的折射力以用于尺寸缩减以及更高放大倍率。
如果该值变得过大于条件表达式 (1) 的上限， 则第三透镜组的折射力变得过小， 变得必须延伸整个长度用于实现光学系统的更高放大倍率， 并且可能不能够实现尺寸缩 减。
相反， 如果该值变得过小于表达式 (1) 的下限， 则第三透镜组的折射力变得过大 并且变得难以校正第三透镜组中生成的像差， 并且， 尤其像差波动在变焦时变得过大并且
图像质量恶化。
因此， 如果成像单元满足条件表达式 (1)， 则使得第三透镜组的折射力合适， 并且 可以实现更高放大倍率以及尺寸缩减并且可以改善图像质量。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在第三透镜组中的位于最靠近图 像一侧的透镜表面形成为非球面的表面。
通过将第三透镜组中位于最靠近图像一侧的透镜表面形成为非球面的表面， 可以 在所有变焦位置上成功地校正慧形像差以及场曲率， 并且可以改善图像质量。 尤其地， 在使 得固态成像器件可移动并且执行聚焦的情况下， 可为针对所有被摄体距离成功地校正慧形 像差以及场曲率并且可以获得良好的图像质量。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望通过从被摄体一侧向图像一侧顺 序地排列第一负透镜、 第二负透镜、 以及正透镜来形成第二透镜组。
第二透镜组是如同第三透镜组的、 极大地有助于变焦时的缩放的透镜组， 并且重 要的是适当地设置第二透镜组的折射力用于尺寸缩减以及更高放大倍率。此外， 第二透镜 组是用于光学系统的更宽角度以及光学系统的透镜直径的尺寸缩减最重要的透镜组， 并且 第二透镜组的透镜配置和折射力的适当设置对于尺寸缩减、 更高放大倍率、 更宽角度、 以及 更高图像质量所有这些是重要的。
根据其中由从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列第一负透镜、 第二负透镜、 以及 正透镜形成的第二透镜组的配置， 主点位置变得更容易靠近被摄体一侧， 并且在广角端的 入射光瞳位置变得更容易在被摄体一侧定位。因此， 例如， 即使当实现了使得视角 ( 广角端 的一半视角 ) 超过 38°的更宽角度时， 也可以使第一透镜组的直径变小， 并且相应地， 该配 置有助于整个光学系统的透镜直径的尺寸缩减。
以这种方式， 通过由从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列第一负透镜、 第二负透 镜、 以及正透镜来形成第二透镜组， 可以实现更宽角度以及尺寸缩减。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (2)。 1/2
(2)-0.50 ＜ f2/(fw·ft) ＜ -0.30
其中
f2 ： 第二透镜组的焦距
fw ： 整个光学系统在广角端的焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端的焦距
条件表达式 (2) 是定义第二透镜组的折射力的表达式。
如果该值变得过小于条件表达式 (2) 的下限， 则第二透镜组的折射力变得过小， 变得必须增加第一透镜组位于最靠近被摄体一侧的透镜的直径以及整体长度， 并且可能不 能够实现尺寸缩减。
相反， 如果该值变得过大于条件表达式 (2) 的上限， 则第二透镜组的折射力变得 过大， 并且变得难以适当地校正广角端的离轴像差以及远摄端的轴向像差变得困难， 并且 图像质量恶化。
因此， 如果成像单元满足条件表达式 (2)， 则使得第二透镜组的折射力合适， 并且 可以实现尺寸缩减以及更高的图像质量。
注意到， 在成像单元中， 最优选地是在第二透镜组中位于被摄体一侧的第一负透镜形成为非球面透镜。通过将第一负透镜形成为非球面透镜， 尤其可以将广角端的离轴像 差的生成抑制到极限， 并且可以进一步改善图像质量。
此外， 也期望第二透镜组中位于最靠近图像一侧的正透镜形成为非球面透镜。通 过将正透镜形成为非球面透镜， 可以更加高效地执行广角端的离轴像差以及远摄端的轴向 像差的校正。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (3)。
(3)-2.0 ＜ f12w/fw ＜ -1.5
其中
f12w ： 第一透镜组和第二透镜组在广角端的组合焦距
fw ： 整个光学系统在广角端的焦距
条件表达式 (3) 是定义第一透镜组和第二透镜组在广角端的组合折射力的表达 式。
如上文所述， 例如， 当实现使得视角 ( 在广角端的一半视角 ) 超过 38°的更宽角度 时， 第一透镜组的透镜直径的减少极大地有助于整个光学系统的透镜直径的尺寸缩减。具 体地， 第一透镜组和第二透镜组在广角端的组合折射力极大地有助于光学系统的径向方向 上的尺寸缩减。 因此， 如果该值变得过小于条件表达式 (3) 的下限， 则第一透镜组和第二透镜组 的组合折射力变得过小， 并且当实现更宽的角度时， 第一透镜组中位于最靠近被摄体一侧 的透镜的直径变得更大。
相反， 如果该值变得过大于条件表达式 (3) 的上限， 则第一透镜组和第二透镜组 的组合折射力变得过大， 并且， 尤其在广角端的离轴像差变得更大。相应地， 图像质量恶化 或者第一透镜组的折射力变得过小， 并且， 当实现更高的放大倍率时， 光学系统的总长度变 得更长并且在远摄端的 F 数变得太暗， 并且可能阻碍尺寸缩减并且可能不能实现更高的图 像质量。
因此， 如果成像单元满足条件表达式 (3)， 则在确保更高放大倍率的同时， 可以实 现尺寸缩减并且可以实现更高的图像质量。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望满足以下条件表达式 (4)。
(4)0.8 ＜ f23t/ft ＜ 3.5
其中
f23t ： 第二透镜组和第三透镜组在远摄端的组合焦距
ft ： 整个光学系统在远摄端的焦距
条件表达式 (4) 是定义第二透镜组和第三透镜组在远摄端的组合折射力的表达 式。
如果该值变得过大于条件表达式 (4) 的上限， 则第二透镜组和第三透镜组的组合 折射力变得过小， 并且光学系统的总长度变得更长并且尺寸缩减变得难以实现。
相反， 如果该值变得过小于条件表达式 (4) 的下限， 则第二透镜组和第三透镜组 的组合折射力变得过大， 并且尤其在远摄端的轴向像差和放大倍率的色差变得更大， 并且 图像质量恶化。
因此， 如果图像单元满足条件表达式 (4)， 则可以实现尺寸缩减和更高的图像质
量。 在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望固态成像器件在光轴方向上移动 并且执行聚焦。
通过将固态成像器件在光轴方向上移动并且执行聚焦， 用于聚焦的透镜组可以减 少并且可以将聚焦灵敏度设置为到 1.0， 并且因此， 可以使聚焦行程比通过透镜组执行聚焦 的情况下更短。 具体地， 例如在通过具有正、 负、 正、 正的四个透镜组的四组配置类型的第四 透镜组执行聚焦的情况下， 聚焦灵敏度通常变成大约 0.3 到 0.7。因此， 通过使用固态成像 器件来聚焦， 用于聚焦所需要的空间可以从透镜筒的内部减少 30％到 70％， 并且根据需要 可以将确保的空间分配用于确保变焦的行程。
以这种方式， 通过在光轴方向上移动固态成像器件并且执行聚焦， 可以实现尺寸 缩减并且可以实现更高的放大倍率。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在变焦时固态成像器件在光轴方 向上移动并且在无限远被摄体聚焦时固态成像器件在广角端的位置最靠近图像一侧。
一般地， 光学系统中的图像放大倍率向远摄端比在广角端变得更高， 并且用于从 无限远被摄体聚焦向近距离被摄体聚焦的聚焦的聚焦行程向远摄端一侧通常比在广角端 变得更长。
相应地， 如上文所述， 根据其中在无限远被摄体聚焦时的变焦、 固态成像器件在广 角端的位置最靠近图像一侧的配置， 可以最大程度地确保在变焦时在远摄端一侧比在广角 端更长的聚焦行程。结果， 可以使透镜筒中需要的聚焦行程更短。
因此， 可以在成像单元中实现光学系统的尺寸缩减。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在变焦时将第二透镜组在光轴方 向上固定。
由于在变焦时第二透镜组被固定在光轴方向上， 所以不需要提供用于在变焦时移 动第二透镜组的驱动机构， 不需要确保在驱动机构的凸轮件等中的第二透镜组的移动行 程。
因此， 可以极大地简化并尺寸缩减透镜筒的结构， 并且可以实现成像单元的尺寸 缩减。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望地在从无限远被摄体聚焦到近距 离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件从被摄体一侧向图像一侧移动。
如上文所述， 一般地， 光学系统中的图像放大倍率向远摄端一侧比在广角端变得 更高， 并且用于从无限远被摄体聚焦向近距离被摄体聚焦的聚焦的聚焦行程向远摄端一侧 通常比在广角端变得更长。
相应地， 如上文所述， 根据其中在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚 焦时固态成像器件从被摄体一侧向图像一侧移动的配置， 可以最大程度地确保在变焦时在 远摄端一侧比在广角端更长的聚焦行程， 并且可以使得透镜筒中需要的聚焦行程更短。
因此， 可以在成像单元中实现光学系统的尺寸缩减。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在聚焦和变焦时， 固态成像器件 通过步进电机的驱动力在光轴方向上移动。
根据其中固态成像器件通过步进电机的驱动力在光轴方向上移动的配置， 可以使
用同一机构控制变焦和聚焦二者的复杂的移动。
因此， 可以简化并尺寸缩减透镜筒的结构， 并且因为驱动精度比通过旋转凸轮件 的控制方法中的驱动精度更高， 所以可以改善移动的可靠性。
在根据本公开的一个实施例的成像单元中， 期望在聚焦和变焦时， 固态成像器件 通过直线电机的驱动力在光轴方向上移动。
根据其中固态成像器件通过直线电机的驱动力在光轴方向上移动的配置， 可以使 用同一机构控制变焦和聚焦二者的复杂移动。
因此， 可以简化并尺寸缩减透镜筒的结构， 并且因为驱动精度比通过旋转凸轮件 的控制方法中的驱动精度更高， 所以可以改善移动的可靠性。
注意， 在根据本公开的实施例的成像单元中， 在变焦和聚焦时固态成像器件在 光轴方向上移动， 并且固态成像器件可以与在固态成像器件附近提供的红外削减滤波器 (infrared cut filter) 或光学低通滤波器、 密封固态成像器件的覆盖玻璃 (cover glass) 等等整体地移动。
一般地， 固态成像器件通常采用预先由覆盖玻璃等密封的形式或向其整体地提供 作为封装 (package) 的红外削减滤波器或光学低通滤波器。因此， 即使在固态成像器件与 红外削减滤波器、 光学低通滤波器、 覆盖玻璃等等整体移动的情况下， 也不丧失以上描述的 其中在聚焦和变焦时移动固态成像器件的配置的优点。 [ 成像单元的数值示例 ]
如下文， 将参照附图和表格来阐述本公开的成像单元的具体实施例以及将特定数 值应用于实施例的数值示例。
注意在以下各自表格和阐述等中所示的符号的意义如下。
“si” 指从被摄体一侧到图像一侧计数的第 i 个表面， “ri” 指第 i 个表面的曲率半 径， “di” 指在第 i 个表面和第 (i+1) 个表面之间的轴向表面距离 ( 透镜中心厚度或空气距 离 )， “ni” 指从第 i 个表面开始的透镜等在 d 线 (λ ＝ 587.6nm) 上的折射指数， 以及 “vi” 指从第 i 个表面开始的透镜等在 d 线上的阿贝数 (Abbe number)。
关于 “表 面 数” ， “ASP”指 示 表 面 是 非 球 面 的 表 面， 关于 “曲 率 半 径” ， “无 限 (INFINITY)” 指示表面是平面的表面， 并且， 关于 “表面距离” ， “(di)” 指示可变距离。
“K” 指二次曲线常数 (conic constant)， 并且 “A” 、 “B” 、 “C” 、 “D” 分别指 4、 6、 8、 10 阶的非球面系数。
“f” 指整个透镜系统的焦距， “FNO” 指 F 数 ( 开 (open)F 数 )， 并且 “ω” 指视角的 一半 ( 单位 ： ° )。
注意， 在以下示出非球面系数的各自表格中， “E-n” 是对基数 10 的指数表示， 即， -n -5 “10 ” ， 并且例如， “0.12345E-05” 表示 “0.12345×10 ” 。
在各自实施例使用的变焦透镜的一些中， 透镜表面被形成为非球面表面。给定在 光轴方向上距透镜表面的顶点的距离为 “x” ， 在与光轴方向正交的方向上的高度为 “y” ， 并 且在透镜顶点的近轴曲率为 “c” 的情况下， 通过以下公式定义非球面形状。
< 第一实施例 >图 1 示出了本公开第一实施例中的成像单元 1 的透镜配置。
成像单元 1 包括 ： 具有正折射力的第一透镜组 GR1， 具有负折射力的第二透镜组 GR2， 具有正折射力的第三透镜组 GR3， 以及对从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的第一 透镜组 GR1 至第三透镜组 GR3 组的光学图像进行成像的固态成像器件 IMG。
在成像单元 1 中， 如图 2 所示， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一透镜组 GR1 向被 摄体一侧移动以便增加到第二透镜组 GR2 的距离并且第三透镜组 GR3 向被摄体一侧移动以 便减少到第二透镜组 GR2 的距离。在从广角端到远摄端变焦时第二透镜组 GR2 在光轴方向 上固定。
在从广角端到远摄端变焦时， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动， 而在广角端 时固态成像器件 IMG 位于最靠近图像一侧的位置 P。
此外， 在成像单元 1 中， 从第二透镜组 GR2 到固态成像器件 IMG 的距离 L 在广角端 时被设置为在所有变焦位置中最长的。
此外， 在成像单元 1 中， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动并且执行聚焦， 并且 在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件 IMG 从被摄体一侧向 图像一侧移动。
在成像单元 1 中， 缩放比例为 9.41x。
第一透镜组 GR1 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有指向 被摄体一侧的凸表面的弯月形状的负透镜 L11 和具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形 状的第一正透镜 L12 所形成的粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的 第二正透镜 L13。
第二透镜组 GR2 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 具有指向图像一侧 的凹表面的弯月形状的第一负透镜 L21， 以及通过粘合具有指向被摄体一侧的凹表面的弯 月形状的第二负透镜 L22 和具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的正透镜 L23 所形成 的粘合透镜。
第三透镜组 GR3 包括通过从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有 指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第一正透镜 L31 和具有指向被摄体一侧的凹表面 的弯月形状的第一负透镜 L32 所形成的粘合透镜， 具有双凸形状的第二正透镜 L33， 以及具 有指向被摄体一侧的凹表面的第二负透镜 L34。
在第三透镜组 GR3 和图像表面 IMG 之间提供覆盖玻璃 CG。
在第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3 之间提供孔径光阑 STO， 其在第三透镜组 GR3 的第一正透镜 L31 的附近提供， 并且在光轴方向与第三透镜组 GR3 整体地移动。
表 1 示出了其中将特定数值应用于第一实施例中的成像单元 1 的数值示例 1 的透 镜数据。
表1
si 1 ri 39.30 di 0.800 ni 1.84666 vi 23.78013102375223 A CN 102375230 2 3 4 5 6(ASP) 7(ASP) 8 9(ASP) 10 STO 12(ASP) 13 14 15 16 17(ASP) 18(ASP) 19 20 IMG
22.67 150.00 33.95 135.52 27.27 4.32 45.38 8.31 24.02 无限 7.12 9.19 5.86 4.35 -12.80 -20.19 -32784.41 无限 无限 无限说明2.738 0.150 2.000 (d5) 0.500 2.600 0.500 2.200 (d10) 0.100 1.500 0.637 0.100 1.200 0.100 1.300 (d18) 0.500 0.500书1.61800 63.39011/27 页1.8042046.5031.8513540.1001.80420 2.0017046.503 19.3241.83441 1.9459537.285 17.9801.5920167.0231.6188163.8551.5168064.200在成像单元 1 中， 第二透镜组 GR2 的第一负透镜 L21 的两个表面 ( 第 6 表面和第 7 表面 )、 第二透镜组 GR2 的粘合透镜的粘合表面 ( 第 9 表面 )、 第三透镜组 GR3 的第一正透 镜 L31 的被摄体一侧表面 ( 第 12 表面 )、 以及第三透镜组 GR3 的第二负透镜 L34 的两个表 面 ( 第 17 表面和第 18 表面 ) 被形成为非球面表面。表 2 示出在二次曲线常数 K 的情况下 数值示例 1 中的非球面表面的 4、 6、 8、 10 阶的非球面系数 A、 B、 C、 D。
表2
14
A 1.09101E-04 7.72111E-04 -4.84903E-04 -3.31410E-04 4.11927E-03 7.06299E-03 2.49364E-04 1.23847E-04 -3.10305E-05 -2.47205E-05 -6.37592E-06 1.77697E-06 2.66467E-06 -7.16141E-06 5.75176E-06 3.85402E-05 -3.21578E-05 6.90328E-07 B C D -6.62494E-09 -2.77422E-07 -1.41192E-07 9.71880E-07 -3.41203E-06 1.53663E-07
102375223 A CN 102375230siK61.57058E+017-1.65981E-01说9-4.59588E+00明表 3 示出了数值示例 1 的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 13.43)、 以 及远摄端状态 (f ＝ 41.23) 中的 F 数 FNO 和一半视角 ω。
表31512-1.18932E+00书17-6.87115E+0118-2.08701E+2912/27 页102375223 A CN 102375230说明书13/27 页在成像单元 1 中， 在广角端状态与远摄端状态之间进行缩放时， 第一透镜组 GR1 和 第二透镜组 GR2 之间的表面距离 d5、 第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3( 孔径光阑 STO) 之 间的表面距离 d10、 以及第三透镜组和覆盖玻璃 CG 之间的表面距离 d18 改变。表 4 示出了 数值示例 1 中的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 13.43)、 以及远摄端状态 (f ＝ 41.23) 中的可变距离。
表4
图 3 到图 5 示出了数值示例 1 的无限远聚焦条件下的各种像差图， 并且分别示出 了在广角端状态、 中间焦距状态、 以及远摄端状态中的各种像差图。
在图 3 到图 5 中， 在球面像差图中， 分别地， 实线显示 d 线 ( 波长 587.6nm) 上的值 并且虚线显示 g 线 ( 波长 435.8nm) 上的值， 在像散图中， 分别地， 实线显示矢形 (sagittal) 图像表面上的值并且虚线显示子午 (meridional) 图像表面上的值， 并且在横向像差图中， 分别地， 实线显示 e 线 ( 波长 546.1nm) 上的值并且虚线显示 g 线上的值。
从像差图， 很清楚在数值示例 1 中成功地校正了各种像差并且提供了有利的成像 特征。
< 第二实施例 >
图 6 示出了在本公开的第二实施例中的成像单元 2 的透镜配置。
成像单元 2 包括 ： 从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的、 具有正折射力的第一 透镜组 GR1， 具有负折射力的第二透镜组 GR2， 具有正折射力的第三透镜组 GR3， 以及对第一 透镜组 GR1 至第三透镜组 GR3 的光学图像进行成像的固态成像器件 IMG。
在成像单元 2 中， 如图 7 所示， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一透镜组 GR1 向被 摄体一侧移动以便增加到第二透镜组 GR2 的距离并且第三透镜组 GR3 向被摄体一侧移动以 便减少到第二透镜组 GR2 的距离。在从广角端到远摄端变焦时将第二透镜组 GR2 在光轴方 向上固定。
在从广角端到远摄端变焦时， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动， 而在广角端 时固态成像器件 IMG 处于最靠近图像一侧的位置 P。
此外， 在成像单元 2 中， 从第二透镜组 GR2 到固态成像器件 IMG 的距离 L 在广角端
被设置为在所有变焦位置中最长的。
此外， 在成像单元 2 中， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动并且执行聚焦， 并且 在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件 IMG 从被摄体一侧向 图像一侧移动。
在成像单元 2 中， 缩放比例为 9.41x。
第一透镜组 GR1 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有指向 被摄体一侧的凸表面的弯月形状的负透镜 L11 和具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形 状的第一正透镜 L12 所形成的粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的 第二正透镜 L13。
第二透镜组 GR2 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 具有指向图像一侧 的凹表面的弯月形状的第一负透镜 L21， 以及通过粘合具有指向被摄体一侧的凹表面的弯 月形状的第二负透镜 L22 和具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的正透镜 L23 所形成 的粘合透镜。
第三透镜组 GR3 包括通过从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有 指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第一正透镜 L31 和具有指向被摄体一侧的凹表面 的弯月形状的第一负透镜 L32 所形成的粘合透镜， 具有双凸形状的第二正透镜 L33， 以及具 有指向被摄体一侧的凹表面的第二负透镜 L34。
在第三透镜组 GR3 和图像表面 IMG 之间提供覆盖玻璃 CG。
在第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3 之间提供孔径光阑 STO， 其在第三透镜组 GR3 的第一正透镜 L31 的附近提供， 并且在光轴方向与第三透镜组 GR3 整体地移动。
表 5 示出了其中将特定数值应用于第二实施例中的成像单元 2 的数值示例 2 的透 镜数据。
表5
si 1 2 3 4 5 6(ASP) 7(ASP) ri 54.00 26.84 5552.32 33.52 135.03 22.64 4.16 di 0.800 2.579 0.150 1.810 (d5) 0.600 2.499 1.85135 40.100 1.80420 46.503 ni 1.84666 1.61800 vi 23.780 63.39017102375223 A CN 102375230 8 9(ASP) 10 STO 12(ASP) 13 14 15 16 17(ASP) 18(ASP) 19 20 IMG
43.53 8.30 23.41 无限 6.75 8.56 5.51 4.39 -5.73 -7.19 -2521.99 无限 无限 无限说明书1.80420 2.00170 46.503 19.32415/27 页0.999 1.980 (d10) 0.100 1.787 0.600 0.100 1.800 0.100 0.613 (d18) 0.500 0.5001.83441 1.9459537.285 17.9801.5920167.0231.6188163.8551.5168064.200在成像单元 2 中， 第二透镜组 GR2 的第一负透镜 L21 的两个表面 ( 第 6 表面和第 7 表面 )、 第二透镜组 GR2 的粘合透镜的粘合表面 ( 第 9 表面 )、 第三透镜组 GR3 的第一正透 镜 L31 的被摄体一侧表面 ( 第 12 表面 )、 以及第三透镜组 GR3 的第二负透镜 L34 的两个表 面 ( 第 17 表面和第 18 表面 ) 被形成为非球面表面。表 6 示出在二次曲线常数 K 的情况下 数值示例 2 中的非球面表面的 4、 6、 8、 10 阶的非球面系数 A、 B、 C、 D。
表6
18
A -4.54618E-04 8.81671E-04 -4.67085E-04 -2.34350E-04 3.69265E-03 9.30578E-03 -4.49700E-04 -4.45544E-04 -3.60171E-05 -9.47963E-06 1.55568E-05 -1.34478E-06 7.51506E-08 1.94060E-06 3.63261E-07 -4.07192E-06 7.44116E-05 9.04631E-05 B C D -6.79902E-10 -8.76764E-08 -9.30547E-09 -5.97595E-08 -8.61478E-06 -4.44079E-06
102375223 A CN 102375230siK64.16682E+00说7-6.63366E-01明表 7 示出了数值示例 2 的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 13.45)、 以 及远摄端状态 (f ＝ 41.21) 中的 F 数 FNO 和一半视角 ω。
表7199-8.70480E+00书12-9.32723E-0117-1.01633E+0118-2.08701E+2916/27 页102375223 A CN 102375230说明书17/27 页在成像单元 2 中， 在广角端状态与远摄端状态的缩放时， 第一透镜组 GR1 和第二透 镜组 GR2 之间的表面距离 d5、 第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3( 孔径光阑 STO) 之间的表 面距离 d10、 以及第三透镜组和覆盖玻璃 CG 之间的表面距离 d18 改变。表 8 示出了数值示 例 2 中的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 13.45)、 以及远摄端状态 (f ＝ 41.21) 中的可变距离。
表8
图 8 到图 10 示出了数值示例 2 的无限远聚焦条件下的各种像差图， 并且分别示出 了在广角端状态、 中间焦距状态、 以及远摄端状态中的各种像差图。
在图 8 到图 10 中， 在球面像差图中， 分别地， 实线显示 d 线 ( 波长 587.6nm) 上的值 并且虚线显示 g 线 ( 波长 435.8nm) 上的值， 在像散图中， 分别地， 实线显示矢形图像表面上 的值并且虚线显示子午图像表面上的值， 并且在横向像差图中， 分别地， 实线显示 e 线 ( 波 长 546.1nm) 上的值并且虚线显示 g 线上的值。
从像差图， 很清楚在数值示例 2 中成功地校正了各种像差并且提供了有利的成像 特征。
< 第三实施例 >
图 11 示出了在本公开的第三实施例中的成像单元 3 的透镜配置。
成像单元 3 包括 ： 从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的、 具有正折射力的第一 透镜组 GR1， 具有负折射力的第二透镜组 GR2， 具有正折射力的第三透镜组 GR3， 以及对第一 透镜组 GR1 至第三透镜组 GR3 的光学图像进行成像的固态成像器件 IMG。
在成像单元 3 中， 如图 12 所示， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一透镜组 GR1 向被 摄体一侧移动以便增加到第二透镜组 GR2 的距离并且第三透镜组 GR3 向被摄体一侧移动以 便减少到第二透镜组 GR2 的距离。在从广角端到远摄端变焦时将第二透镜组 GR2 在光轴方 向上固定。
在从广角端到远摄端变焦时， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动， 而在在广角 端固态成像器件 IMG 位于最靠近图像一侧的位置 P。
此外， 在成像单元 3 中， 从第二透镜组 GR2 到固态成像器件 IMG 的距离 L 在广角端
被设置为在所有变焦位置中最长的。
此外， 在成像单元 3 中， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动并且执行聚焦， 并且 在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件 IMG 从被摄体一侧向 图像一侧移动。
在成像单元 3 中， 缩放比例为 11.76x。
第一透镜组 GR1 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有指向 被摄体一侧的凸表面的弯月形状的负透镜 L11 和具有双凸形状的第一正透镜 L12 所形成的 粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第二正透镜 L13。
第二透镜组 GR2 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 具有指向图像一侧 的凹表面的弯月形状的第一负透镜 L21， 具有双凹形状的第二负透镜 L22， 具有指向被摄体 一侧的凸表面的弯月形状的正透镜 L23。
第三透镜组 GR3 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 具有双凸形状的第 一正透镜 L31， 通过粘合具有双凸形状的第二正透镜 L32 和具有双凹形状的负透镜 L33 所形 成的粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第三正透镜 L34。
在第三透镜组 GR3 和图像表面 IMG 之间提供滤镜 FL 和覆盖玻璃 CG 并且其从被摄 体一侧向图像一侧顺序地排列。
在第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3 之间提供孔径光阑 STO， 其在第三透镜组 GR3 的第一正透镜 L31 的附近提供， 并且在光轴方向与第三透镜组 GR3 整体地移动。
表 9 示出了其中将特定数值应用于第三实施例中的成像单元 3 的数值示例 3 的透 镜数据。
表9
si 1 2 3 4 5 6(ASP) 7(ASP) 8 9 ri 61.91 30.76 -168.93 26.00 58.03 18.00 4.59 -24.61 10.24 di 0.600 2.692 0.150 1.889 (d5) 0.500 2.599 0.400 0.350 1.77250 49.624 1.88020 37.220 1.77250 49.624 ni 1.84666 1.59282 vi 23.780 68.62421102375223 A CN 102375230 10 11(ASP) STO 13(ASP) 14(ASP) 15 16 17 18(ASP) 19(ASP) 20 21 22 23 IMG
10.00 43.38 无限 4.20 -80.00 47.81 -12.34 8.60 9.31 55.19 无限 无限 无限 无限 无限说明1.297 (d11) 0.100 1.600 0.206 1.500 0.600 0.300 0.817 (d19) 0.100 0.100 0.500 0.500书2.00170 19.32419/27 页1.5891361.2511.49700 1.7407781.608 27.7611.6188163.8551.5168064.2001.5168064.200在成像单元 3 中， 第二透镜组 GR2 的第一负透镜 L21 的两个表面 ( 第 6 表面和第 7 表面 )、 第二透镜组 GR2 的正透镜 L23 的图像一侧表面 ( 第 11 表面 )、 第三透镜组 GR3 的 第一正透镜 L31 的两个表面 ( 第 13 表面和第 14 表面 )、 以及第三透镜组 GR3 的第三正透 镜 L34 的两个表面 ( 第 18 表面和第 19 表面 ) 被形成为非球面表面。表 10 示出了在二次 曲线常数 K 的情况下数值示例 3 中的非球面表面的 4、 6、 8、 10 阶的非球面系数 A、 B、 C、 D。
表 10
22
A -2.71576E-04 3.88422E-04 7.38773E-05 -9.21344E-04 -1.68597E-03 -3.12947E-03 -1.19303E-06 -3.31468E-04 -3.70664E-04 -1.39654E-04 -2.68616E-04 -1.98687E-05 4.62718E-05 5.80287E-07 1.06844E-06 5.28875E-05 -2.85308E-05 -3.96799E-04 -1.45787E-04 -3.42741E-06 -1.57971E-07 B C D 3.09566E-09 -9.30210E-08 -2.42865E-08 -1.22228E-05 -3.38493E-06 3.76249E-05 1.12636E-05
102375223 A CN 102375230siK64.08242E+007-3.38986E-01说11-2.38670E+02明表 11 示出了数值示例 3 的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 14.79)、 以及远摄端状态 (f ＝ 51.50) 中的 F 数 FNO 和一半视角 ω。
表 1123130.00000E+00书140.00000E+0018-2.08653E+0119-2.02391E+0320/27 页102375223 A CN 102375230说明书21/27 页在成像单元 3 中， 在广角端状态与远摄端状态之间的缩放时， 第一透镜组 GR1 和第 二透镜组 GR2 之间的表面距离 d5、 第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3( 孔径光阑 STO) 之间 的表面距离 d11、 以及第三透镜组 GR3 和覆盖玻璃 CG 之间的表面距离 d19 改变。表 12 示 出了数值示例 3 中的广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 14.79)、 以及远摄端状态 (f ＝ 51.50) 中的可变距离。
表 12
图 13 到图 15 示出了数值示例 3 的无限远聚焦条件下的各种像差图， 并且分别示 出了在广角端状态、 中间焦距状态、 以及远摄端状态中的各种像差图。
在图 13 到图 15 中， 在球面像差图中， 分别地， 实线显示 d 线 ( 波长 587.6nm) 上的 值并且虚线显示 g 线 ( 波长 435.8nm) 上的值， 在像散图中， 分别地， 实线显示矢形图像表 面上的值并且虚线显示子午图像表面上的值， 并且在横向像差图中， 分别地， 实线显示 e 线 ( 波长 546.1nm) 上的值并且虚线显示 g 线上的值。
从像差图， 很清楚在数值示例 3 中成功地校正了各种像差并且提供了有利的成像 特征。
< 第四实施例 >
图 16 示出了在本公开的第四实施例中的成像单元 4 的透镜配置。
成像单元 4 包括 ： 从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的、 具有正折射力的第一 透镜组 GR1， 具有负折射力的第二透镜组 GR2， 具有正折射力的第三透镜组 GR3， 以及对第一 透镜组 GR1 至第三透镜组 GR3 的光学图像进行成像的固态成像器件 IMG。
在成像单元 4 中， 如图 17 所示， 在从广角端到远摄端变焦时， 第一透镜组 GR1 向被 摄体一侧移动以便增加到第二透镜组 GR2 的距离并且第三透镜组 GR3 向被摄体一侧移动以 便减少到第二透镜组 GR2 的距离。在从广角端到远摄端变焦时将第二透镜组 GR2 在光轴方 向上固定。
在从广角端到远摄端变焦时， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动， 而在广角端 固态成像器件 IMG 位于最靠近图像一侧的位置 P。
此外， 在成像单元 4 中， 从第二透镜组 GR2 到固态成像器件 IMG 的距离 L 在广角端
被设置为在所有变焦位置中最长的。
此外， 在成像单元 4 中， 固态成像器件 IMG 在光轴方向上移动并且执行聚焦， 并且 在从无限远被摄体聚焦到近距离被摄体聚焦的聚焦时， 固态成像器件 IMG 从被摄体一侧向 图像一侧移动。
在成像单元 4 中， 缩放比例为 11.78x。
第一透镜组 GR1 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 通过粘合具有指向 被摄体一侧的凸表面的弯月形状的负透镜 L11 和具有双凸形状的第一正透镜 L12 所形成的 粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第二正透镜 L13。
第二透镜组 GR2 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列的 ： 具有指向图像一侧 的凹表面的弯月形状的第一负透镜 L21， 具有双凹形状的第二负透镜 L22， 以及具有指向被 摄体一侧的凸表面的弯月形状的正透镜 L23。
第三透镜组 GR3 包括从被摄体一侧向图像一侧顺序地排列 ： 具有双凸形状的第一 正透镜 L31， 通过粘合具有双凸形状的第二正透镜 L32 和具有双凹形状的负透镜 L33 所形成 的粘合透镜， 以及具有指向被摄体一侧的凸表面的弯月形状的第三正透镜 L34。
在第三透镜组 GR3 和图像表面 IMG 之间提供滤镜 FL 和覆盖玻璃 CG 并且其从被摄 体一侧向图像一侧顺序地排列。
在第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3 之间提供孔径光阑 STO， 其在第三透镜组 GR3 的第一正透镜 L31 的附近提供， 并且在光轴方向与第三透镜组 GR3 整体地移动。
表 13 示出了其中将特定数值应用于第四实施例中的成像单元 4 的数值示例 4 的 透镜数据。
表 13
si 1 2 3 4 5 6(ASP) 7(ASP) 8 9 ri 64.36 31.79 -121.74 26.00 53.40 20.80 4.64 -25.44 10.39 di 0.600 2.700 0.150 1.818 (d5) 0.500 2.504 0.400 0.350 1.77250 49.624 1.88020 37.220 1.77250 49.624 ni 1.84666 1.59282 vi 23.780 68.62425102375223 A CN 102375230 10 11(ASP) STO 13(ASP) 14(ASP) 15 16 17 18(ASP) 19(ASP) 20 21 22 23 IMG
10.00 46.74 无限 4.20 -80.00 26.56 -17.13 8.00 10.92 47.98 无限 无限 无限 无限 无限说明1.309 (d11) 0.100 1.600 0.170 1.500 0.600 0.550 1.000 (d19) 0.100 0.100 0.500 0.500书2.00170 19.32423/27 页1.5920167.0231.49700 1.7407781.608 27.7611.6188163.8551.5168064.2001.5168064.200在成像单元 4 中， 第二透镜组 GR2 的第一负透镜 L21 的两个表面 ( 第 6 表面和第 7 表面 )、 第二透镜组 GR2 的正透镜 L23 的图像一侧表面 ( 第 11 表面 )、 第三透镜组 GR3 的 第一正透镜 L31 的两个表面 ( 第 13 表面和第 14 表面 )、 以及第三透镜组 GR3 的第三正透 镜 L34 的两个表面 ( 第 18 表面和第 19 表面 ) 被形成为非球面表面。表 14 示出了在二次 曲线常数 K 的情况下数值示例 4 中的非球面表面的 4、 6、 8、 10 阶的非球面系数 A、 B、 C、 D。
表 14
si 6 7 11 13 K 5.12297E+00 -2.88886E-01 -3.48913E+02 0.00000E+00 A -2.99852E-04 3.29541E-04 1.25838E-04 -7.56535E-04 B -3.03004E-06 3.12425E-05 -2.39325E-05 -1.80929E-04 C -1.33839E-07 7.91858E-07 1.19945E-06 3.75061E-05 D 2.94527E-09 -1.15121E-07 -2.49597E-08 -8.57982E-0626102375223 A CN 10237523014 18 19 0.00000E+00 -2.67189E+01 -2.00998E+03 -7.87415E-04 -3.28640E-03 4.32962E-04说明书-1.29888E-05 -4.07166E-04 -8.81255E-0524/27 页-3.90324E-06 4.61776E-05 1.13613E-05-1.12357E-04 -1.86897E-04 -5.51622E-04表 15 示出了数值示例 4 的在广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 15.03)、 以及远摄端状态 (f ＝ 51.60) 中的 F 数 FNO 和一半视角 ω。
表 15
在成像单元 4 中， 在广角端状态与远摄端状态之间的缩放时， 第一透镜组 GR1 和第 二透镜组 GR2 之间的表面距离 d5、 第二透镜组 GR2 和第三透镜组 GR3( 孔径光阑 STO) 之间 的表面距离 d11、 以及第三透镜组和覆盖玻璃 CG 之间的表面距离 d19 改变。表 16 示出了数 值示例 4 中的在广角端状态 (f ＝ 4.38)、 中间焦距状态 (f ＝ 15.03)、 以及远摄端状态 (f ＝ 51.60) 中的可变距离。
表 16
图 18 到图 20 示出了数值示例 4 的无限远聚焦条件下的各种像差图， 并且分别示 出了在广角端状态、 中间焦距状态、 以及远摄端状态中的各种像差图。
在图 18 到图 20 中， 在球面像差图中， 分别地， 实线显示 d 线 ( 波长 587.6nm) 上的 值并且虚线显示 g 线 ( 波长 435.8nm) 上的值， 在像散图中， 分别地， 实线显示矢形图像表 面上的值并且虚线显示子午图像表面上的值， 并且在横向像差图中， 分别地， 实线显示 e 线 ( 波长 546.1nm) 上的值并且虚线显示 g 线上的值。
从像差图， 很清楚在数值示例 4 中成功地校正了各种像差并且提供了有利的成像 特征。
< 补充实施例 >
在所有以上描述的第一实施例到第四实施例的成像单元 1 到成像单元 4 中， 已经
示出了作为示例的其中在从广角端到远摄端变焦时、 第一透镜组 GR1 和第三透镜组 GR3 远 离或靠近第二透镜组 GR2 的配置。
然而， 在成像单元 1 到成像单元 4 中， 各个透镜组可以移动是必要的， 使得在从广 角端到远摄端变焦时第一透镜组 GR1 和第二透镜组 GR2 之间的距离可以更大并且第二透镜 组 GR2 和第三透镜组 GR3 之间的距离可以更小。
此外， 在广角端和远摄端之间变焦时第二透镜组 GR2 已经在光轴方向上被固定， 然而， 在广角端和远摄端之间变焦时第二透镜组 GR2 可以在光轴方向上移动。
[ 成像单元的条件表达式各自的值 ]
表 17 示出了在成像单元 1 到成像单元 4 中条件表达式 (1) 到条件表达式 (4) 的 各自的值。
表 17
如从表 17 中清楚地， 成像单元 1 至成像单元 4 被适配为满足条件表达式 (1) 到条 件表达式 (4)。
[ 成像装置的配置 ]
在根据本公开的一个实施例的成像装置中， 成像单元包括 ： 具有正折射力的第一 透镜组， 具有负折射力的第二透镜组， 具有正折射力的第三透镜组， 以及对由从被摄体一侧 向图像一侧顺序地排列的第一透镜组至第三透镜组形成的光学图像进行成像的固态成像 器件。
此外， 在根据本公开的一个实施例的成像装置中， 在成像单元中， 在从广角端到远 摄端变焦时， 第一透镜组和第二透镜组之间的距离变大并且第二透镜组和第三透镜组之间 的距离变小， 而从第二透镜组到固态成像器件的距离在广角端时是所有变焦位置中最长 的。
根据以上描述的配置， 在确保更宽角度的同时， 可通过使极大地有助于变焦时的 缩放效应的第二透镜组和第三透镜组的缩放效应最大化来实现更高的放大倍率， 并且此 外， 可以通过缩短整个光学系统的整体长度来实现尺寸缩减。
[ 成像装置的一个实施例 ]
图 21 是示出了根据本公开的成像装置的一个实施例的数字照相机的框图。
成像装置 ( 数字相机 )100 包括 ： 具有成像功能的相机块 10， 执行被成像图像信号 的模数转换等的信号处理的相机信号处理单元 20， 执行图像信号的记录和再现处理的图像 处理单元 30。此外， 成像装置 100 具有 ： 显示成像的图像等的 LCD( 液晶显示器 )40， 执行将 图像信号写入存储卡 1000 以及从存储卡 1000 读取图像信号的 R/W( 读取器 / 写入器 )50， 以及控制整个成像装置 100 的 CPU( 中央处理单元 )60。此外， 成像装置 100 具有 ： 包括各 种开关的输入单元 70， 利用所述开关由用户等执行必要的操作 ； 以及控制相机块 10 中提供 的透镜以及固态成像器件的驱动的驱动控制单元 80， 稍后将对其进行描述。
相机块 10 具有成像单元 13( 向其应用本公开的成像单元 1、 2、 3、 4)， 成像单元 13 包括变焦透镜 11、 固态成像器件 12， 诸如 CCD( 电荷耦合器件 ) 或 CMOS( 互补金属氧化物半 导体 ) 等。
相机信号处理单元 20 执行各种信号处理， 诸如来自固态成像器件 12 的输出信号 向数字信号的转换、 噪声去除、 图像质量校正、 向亮度、 色差信号的转换等等。
图像处理单元 30 基于预定的图像数据格式执行图像信号的压缩编码和拉伸和解 码处理， 分辨率的数据规范的转换处理等等。
LCD 40 具有显示用户对输入单元 70 的操作状态的各种数据、 成像的图像等等的 功能。
R/W 50 执行在存储卡 1000 中写入由图像处理单元 30 编码的图像数据以及读取在 存储卡 1000 中记录的图像数据。
CPU 60 作为控制成像装置 100 中提供的各个电路块的控制处理单元来运行， 并且 基于来自输入单元 70 等的命令输入信号来控制各个电路块。
输入单元 70 包括， 例如， 用于快门操作的快门释放按钮， 用于操作模式的选择的 选择开关等等， 并且响应用户的操作向 CPU 60 输出命令输入信号。
驱动控制单元 80 基于来自 CPU 60 的控制信号来控制驱动变焦透镜 11 等的各自 透镜的电机 ( 未示出 )。
存储卡 1000 是例如与连接至 R/W 50 的插槽可分离的半导体存储器。
如下文， 将阐述成像装置 100 中的操作。
在成像的等待状态中， 在 CPU 60 的控制下， 将相机块 10 中成像的图像信号经由相 机信号处理单元 20 输出到 LCD 40 并且被显示为相机直通图像 (camera through image)。 此外， 当输入来自输入单元 70 的用于变焦的命令输入信号时， CPU 60 向驱动控制单元 80 输 出控制信号并且根据驱动控制单元 80 的控制来移动变焦透镜 11 的预定的透镜。
当通过来自输入单元 70 的命令输入信号激活相机块 10 的快门 ( 未示出 ) 时， 从 相机信号处理单元 20 向图像处理单元 30 输出成像的图像信号， 其经历压缩编码处理， 并 且被转换成预定的数据格式中的数字数据。将转换的数据输出给 R/W 50， 并且写入存储卡 1000。
注意到， 在例如将输入单元 70 的快门释放按钮按下一半或完全按下以便记录 ( 成 像 ) 等等的情况下， 在驱动控制单元 80 根据来自 CPU 60 的控制信号移动变焦透镜 11 的预 定的透镜时执行聚焦。
当再现记录于存储卡 1000 中的图像数据时， 响应输入单元 70 的操作， 通过 R/W 50从存储卡中读出预定的图像数据， 通过图像处理单元 30 在其上执行拉伸和解码处理， 并且 然后， 将再现的图像信号输出到 LCD 40 并且显示再现的图像。
注意到， 在以上描述的实施例中， 已经示出了其中将成像装置应用于数字照相机 的示例， 然而， 成像装置的应用范围不限于数字照相机， 而可将该装置广泛地应用于数字摄 像机的数字输入 / 输出装备的相机单元等， 具有其中合并了相机的便携式电话， 具有其中 合并相机的 PDA( 个人数字助理 ) 等等。
以上描述的各个实施例中所示的各自部分的任何形状和数值仅为用于实施本公 开的示例， 并且本公开的技术范围不应该被解释为受限制的程度。
本公开包含 2010 年 8 月 16 日向日本专利局提交的日本优先权专利申请第 JP 2010-181666 号公开的内容有关的主题， 通过引用将其全部内容合并于此。
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