CN100476495C - 变焦透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过有效配置非球面透镜和复合非球面透镜而得到分辨率高且畸变像差小、使用时以及伸缩收容时也小型化的变焦透镜，其特征在于，是由从物体侧依次由第1透镜组以及第2透镜组构成的变焦透镜，所述第1透镜组具有负的光焦度，其由配置作为弯月形并具有负的光角度的透镜(下面称为负透镜)的第1透镜和作为弯月形并具有正的光角度的透镜(下面称正透镜)的第2透镜而构成，所述第2透镜组具有正的光焦度，其由配置作为正透镜的第3透镜、作为正透镜的第4透镜、在与所述第4透镜接合的状态下使用的负透镜第5透镜、发大率小的第6透镜而构成，通过移动所述第1透镜组和所述第2透镜组的位置来改变倍率。

Description

变焦透镜
技术领域
本发明主要涉及在使用了类似数码照相机的CCD(电荷耦合器件，charge coupled device)等图像传感器的小型摄像装置中所使用的高性能变焦透镜。
背景技术
近年来，发布了各种用于数码照相机的摄像装置的变焦透镜。例如，有通过有效地配置由树脂材料制的非球面透镜而得到的分辨率高且畸变像差小、小型化且构成数目少的变焦透镜等(参照专利文献1)。
专利文献1：特开2003-057542号公报
当其用于超薄型数码照相机的摄像装置的场合，会有使用或伸缩收容时的全长过长的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种通过有效地配置非球面透镜而得到分辨率高且畸变像差小、使用时以及伸缩收容时也小型化且价廉的透镜。
本发明的变焦透镜是从物体侧依次由第1透镜组以及第2透镜组构成的变焦透镜，所述第1透镜组具有负的光焦度，其配置作为放大侧为凸面的弯月形且具有负的光焦度的透镜(以下称为负透镜)的第1透镜和作为放大侧为凸面的弯月形具有正的光焦度的透镜(以下称为正透镜)的第2透镜而构成，所述第2透镜组具有正的光焦度，其配置作为放大侧为曲率半径小的面的正透镜的第3透镜、作为正透镜的第4透镜、在与所述第4透镜结合的状态下使用的负透镜的第5透镜、放大率(power)小的第6透镜而构成，是通过移动所述第1透镜组以及所述第2透镜组的位置来改变倍率的变焦透镜，其特征在于，整个透镜***在光轴方向的尺寸满足以下条件式(1)以及(2)。(本发明之一)
(1)TL/fw＜1.9
(2)0.6＜fw/fII＜0.77
其中，
TL：第1透镜组和第2透镜组的全长之和
fw：整个透镜***在广角端的合成焦距
fII：第2透镜组的合成焦距
条件式(1)规定了伸缩收容时透镜的全长。当超过上限时，难以充分地小型化。条件式(2)规定了以适当的放大率并能够使小型化和性能并存的各组的放大率分配。当超过上限时，焦度变得过大且性能下降。当超过下限时，造成大型化。
另外，对本发明之一所述的变焦透镜来说，优选构成所述第1透镜组的所述第1透镜的放大率满足下述条件式(3)，所述第1透镜、第2透镜的材质满足条件式(4)、(5)，第1透镜的缩小侧的面的形状满足下述条件式(6)。(本发明之二)
(3)-1.1＜fw/f1＜-0.8
(4)10＜v1-v2
(5)1.66＜n2
(6)1.16＜fw/R2＜1.51
其中，
f1：第1透镜的焦距
v1：第1透镜的色散系数
v2：第2透镜的色散系数
n2：第2透镜在d线的折射率
R2：第1透镜的缩小侧的面的曲率半径
条件式(3)涉及放大率向具有负的光焦度的第1透镜组的适当分配。成为整个光学***的大小和用于适当修正各像差的条件之间的平衡。当超过下限时，第1透镜组的负的放大率变大，伴随于此，必须增强第2透镜组的正放大率，并难以得到各像差的平衡且性能下降。反过来，当超过上限时，必须把与第2组的空气间隔变大，使得整个光学***大型化，而不能适用于小型化的数码照相机。
条件式(4)涉及色像差修正。当超过下限时，无法修正第1透镜导致的色像差，则难以在第1组内进行修正。条件式(5)涉及像面弯曲修正。当超过下限时，珀兹瓦尔和变大，而无法完成对像面弯曲的修正。
条件式(6)涉及作为曲率大的凹面的所述第1透镜的缩小侧的面的形状。根据在条件式(6)的范围给予曲率，通过做成相对入射光瞳的同心的形状，基本上使各像差的发生变小。当超过上限时，所述第1透镜的缩小侧的面的曲率半径变小且加工困难，同时，负放大率变得过大，珀兹瓦尔和过小。反过来，当超过下限时，虽然对加工有利，但同心性变差，难以修正畸变相差和像面弯曲。
另外，对上述本发明之一以及上述本发明之二的透镜来说，所述第1透镜的缩小侧的面的形状优选是非球面。(本发明之三)
另外，对于本发明之一所述的变焦透镜，优选构成所述第2透镜组的所述第3透镜的材质满足下述条件式(7)、(8)，放大率满足下述条件式(9)，形状满足下述条件式(10)，另外，所述第3透镜、第5透镜的形状满足条件式(11)，构成所述第2透镜组的透镜面的2个以上的面的形状为非球面。(本发明之四)
(7)29.7＜(v3+v4)＜2-v5
(8)1.45＜(n3+n4)/2＜1.78
(9)0.5＜fw/f3＜0.85
(10)0.8＜fw/R5＜1.45
(11)0.75＜R5/R9＜1.45
其中，
v3：第3透镜的色散系数
v4：第4透镜的色散系数
v5：第5透镜的色散系数
n3：第3透镜在d线的折射率
n4：第4透镜在d线的折射率
f3：第3透镜的焦距
R5：第3透镜的放大侧的面的曲率半径
R9：第5透镜的缩小侧的面的曲率半径
条件式(7)是用于良好地维持色像差修正的条件式。当超过该条件时，难以进行色像差的修正。条件式(8)与像面弯曲的修正有关。当超过上限或下限时，珀兹瓦尔(Petzval)和变得不合适，而无法很好地对像面弯曲进行修正。条件式(9)涉及放大率向具有正的光焦度的第3透镜的适当分配。成为整个光学***的大小和用于适当修正各像差的条件之间的平衡。当偏离该条件时，第3透镜的正放大率变大，伴随于此，必须增强第1透镜组的负放大率，难以得到各像差的平衡且性能下降。
条件式(10)是对具有强的正放大率的第3透镜所造成的不足的球面像差进行修正、并且作为第2组通过正、负望远类型结构来小型化的条件。当超过上限时，虽然有利于小型化，但性能下降，当超过下限时，虽然有利于性能，但变大。条件式(11)与球面像差、彗差的修正有关。对于第2组透镜来说，由于在粗的轴上以及轴外光束入射，所以对于入射光束，需要同心面。当偏离该条件时，无法很好地对球面像差和彗差进行良好的修正。
另外，对本发明之四所述的变焦透镜来说，构成所述第2透镜组的透镜面的两个以上的面的形状优选为非球面。(本发明之五)
另外，对本发明之一～三所述的任意变焦透镜来说，第5透镜优选由透光性陶瓷构成。(本发明之六)
根据本发明，通过有效地配置非球面透镜和复合非球面透镜，能够提供分辨率高且畸变像差小、使用时以及伸缩收容时也小型化的变焦透镜。
附图说明
图1是表示本发明的变焦透镜的第1实施方式的透镜结构图。
图2是表示第1实施方式的透镜的各像差图。
图3是表示本发明的变焦透镜的第2实施方式的透镜结构图。
图4是表示第2实施方式的透镜的各像差图。
图5是表示本发明的变焦透镜的第3实施方式的透镜结构图。
图6是表示第3实施方式的透镜的各像差图。
图7是表示本发明的变焦透镜的第4实施方式的透镜结构图。
图8是表示第4实施方式的透镜的各像差图。
图9是表示本发明的变焦透镜的第5实施方式的透镜结构图。
图10是表示第5实施方式的透镜的各像差图。
具体实施方式
下面，就具体的实施方式对本发明进行说明。在下面的第1实施方式至第5实施方式中，由第1透镜组LG1以及第2透镜组LG2构成，所述第1透镜组LG1，是由配置第1透镜L1以及第2透镜L2而成，所述第1透镜L1是放大侧为凸面的弯月形且具有负的光焦度的透镜(下面称为负透镜)，所述第2透镜L2是放大侧为凸面的弯月形且具有正的光焦度的透镜(下面称为正透镜)；所述第2透镜组LG2具有正的光焦度，配置作为放大侧为曲率半径小的面的正透镜第3透镜L3、正透镜第4透镜L4、在与第4透镜L4接合的状态下使用的负透镜第5透镜L5、放大率小的第6透镜L6而成。
另外，在所述第2透镜组LG2和缩小侧物像面IP之间有空气间隔，配置有一个或多个平行平面玻璃LP。所述平行玻璃LP具体由CCD的玻璃罩、水晶滤波片、以及红外吸收滤波片等多个或单个构成，但由于在光学上没有任何问题，所以以与它们的总厚度相等的一块平行平面玻璃来表示。
关于各实施方式中所使用的非球面，众所周知，在以光轴方向为Z轴，以与光轴垂直的方向为Y轴时，是使非球面公式
Z = ( Y 2 / r ) / [ 1 + { 1 - ( 1 + K ) ( Y / r ) 2 } ] + A 4 · Y 4 + A 6 · Y 6 + A 8 · Y 8 + A 10 · Y 10
给出的曲线围绕光轴的周围旋转而得到的曲面，且给出近轴曲率半径：r、圆锥常数：K、高次非球面系数：A4、A6、A8、A10来定义形状。还有，在对表中的圆锥常数以及高次非球面系数的表述中，“E和继E之后的数字”表示“10的乘幂”。例如，“E-4”代表10-4，该数值与其前面的数值相乘。
第1实施方式
关于本发明的变焦透镜的第1实施方式，将数值例表示在表1中。另外，图1是其透镜结构图，图2是其各像差图。
在表以及图中，f表示整个透镜***的焦距，FNo为F数，2ω为透镜的全视角，bf为后焦距。后焦距bf是从构成第2透镜组的第6透镜的缩小侧的面到缩小侧的物像面的距离的空气换算距离。另外，R为曲率半径，D为透镜厚度或透镜之间的间隔，nd为d线的折射率，vd为d线的色散系数。各像差图中的C、d、g是各波长的像差曲线。另外，S表示弧矢线(sagittal)，M表示子午线(meridional)。
【表1】
f＝5.00～8.24～13.50
FNo＝3.22～4.04～5.39
2ω＝64.3°～40.1°～24.8°
bf＝7.523～10.049～14.201
Figure C20051000614500101
非球面系数
面No.    K          A4             A6             A8             A10
2        -3.4886    7.3110E-03     -4.7308E-04    3.2015E-05     -1.0426E-06
5        -1.096     0.0000E+00     2.5755E-04     -7.7718E-05    -1.0822E-07
6        -13.769    -7.7187E-04    3.4108E-04     -1.4188E-04    7.4981E-06
11       8.00044    2.0569E-03     3.8219E-04     -6.9746E-05    2.8466E-05
第2实施方式
关于第2实施方式，将数值例表示在表2中。另外，图3是其透镜结构图，图4是其各像差图。
【表2】
f＝4.98～8.23～13.46
FNo＝3.2～4.0～5.4
2ω＝64.5°～40.2°～24.9°
bf＝7.530～10.069～14.225
Figure C20051000614500111
非球面系数
面No.   K          A4             A6             A8             A10
2       -3.4886    7.3110E-03     -4.7308E-04    3.2016E-05     -1.0426E-06
5       -1         -7.4662E-05    1.8056E-04     -2.9815E-05    -7.4888E-06
6       16.4777    -5.4804E-04    2.8592E-04     -9.7459E-05    -9.7829E-07
11      8.00044    2.0569E-03     3.8219E-04     -6.9746E-05    2.8466E-05
第3实施方式
对于第3实施方式，将数值例表示在表3中。另外，图5是其透镜结构图，图6是其各像差图。
【表3】
f＝4.83～8.07～13.05
FNo＝3.11～3.89～5.11
2ω＝66.22°～40.82°～25.62°
bf＝7.253～9.723～13.574
Figure C20051000614500121
非球面系数
面No.    K          A4            A6             A8             A10
2        -3.4886    7.3110E-03    -4.7308E-04    3.2015E-05     -1.0426E-06
5        -1.096     0.0000E+00    2.5755E-04     -7.7718E-05    -1.0822E-07
6        -13.769    -7.7187E-04   3.4108E-04     -1.4188E-04    7.4981E-06
11       8.00044    2.0569E-03    3.8219E-04     -6.9746E-05    2.8466E-05
第4实施方式
关于第4实施方式，将数值例表示在表4中。另外，图7是其透镜结构图，图8是其各像差图。
【表4】
f＝5.06～8.27～13.65
FNo＝3.23～4.05～5.41
2ω＝63.88°～40.02°～24.56°
bf＝7.712～10.256～14.564
Figure C20051000614500131
非球面系数
面No.    K          A4            A6             A8             A10
2        -3.1814    6.5394E-03    -3.4373E-04    1.9863E-05     -5.4411E-07
5        -1         4.1103E-04    1.5418E-04     -5.3829E-05    -8.1734E-08
6        -75.584    -2.8092E-04   1.6511E-04     -3.8092E-05    3.5145E-06
11       3.79761    2.5952E-03    4.2350E-04     -3.4932E-05    2.2830E-05
第5实施方式
关于第5实施方式，将数值例表示在表5中。另外，图9是其透镜结构图，图10是其各像差图。
【表5】
f＝4.75～7.95～12.82
FNo＝3.09～3.89～5.11
2ω＝67.02°～41.20°～26.00°
bf＝7.212～9.631～13.345
Figure C20051000614500141
非球面系数
面No.    K          A4            A6             A8            A10
2        -2.2064    4.1306E-03    -8.3484E-05    2.0876E-06    1.3820E-08
10       -1         7.6989E-03    1.2038E-03     2.5461E-05    -5.5427E-05
11       -1         1.2474E-02    1.9681E-03     6.1522E-05    -4.3647E-05
接着，把涉及从第1实施方式到第5实施方式的与条件式(1)至条件式(11)对应的值汇总表示在表6中。
【表6】
               第1     第2     第3     第4     第5
条件式(1)      1.63    1.64    1.69    1.61    1.71
条件式(2)      0.69    0.69    0.68    0.70    0.67
条件式(3)      -0.99   -0.99   -0.94   -1.00   -0.92
条件式(4)      17.0    17.0    17.0    17.0    17.0
条件式(5)      1.85    1.85    1.85    1.85    1.85
条件式(6)      1.36    1.36    1.32    1.37    1.29
条件式(7)      35.5    35.5    37.6    33.5    33.0
条件式(8)      1.59    1.59    1.53    1.57    1.62
条件式(9)      0.77    0.77    0.73    0.69    0.58
条件式(10)     1.23    1.23    1.14    1.16    0.93
条件式(11)     1.28    1.26    1.15    1.32    0.84
从表6可知，与各实施方式有关的数值满足条件式(1)至(11)，同时从各实施方式的像差图也可知，各像差都得到了良好的修正。
作为所述第1至第3实施方式的第5透镜L5的材料，可以采用例如特开2004-43194号里所公布的那种透光性陶瓷。

Claims (9)

1.一种变焦透镜，是由从物体侧依次配置的第1透镜组以及第2透镜组构成的变焦透镜，所述第1透镜组具有负的光焦度，其配置作为放大侧为凸面的弯月形且具有负的光焦度的透镜(以下称为负透镜)的第1透镜和作为放大侧为凸面的弯月形具有正的光焦度的透镜(以下称为正透镜)的第2透镜而构成，所述第2透镜组具有正的光焦度，其配置作为放大侧为曲率半径小的面的正透镜的第3透镜、作为正透镜的第4透镜、在与所述第4透镜结合的状态下使用的负透镜的第5透镜、放大率小的第6透镜而构成，是通过移动所述第1透镜组以及所述第2透镜组的位置来改变倍率的变焦透镜，其特征在于，整个透镜***在光轴方向的尺寸满足以下条件式(1)以及(2)
Figure C2005100061450002C1
(1)TL/fw＜1.9
(2)0.6＜fw/fII＜0.77
其中，
TL：第1透镜组和第2透镜组的全长之和
fw：整个透镜***在广角端的合成焦距
fII：第2透镜组的合成焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，所述第1透镜的缩小侧的面的形状为非球面。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，所述第5透镜由透光性陶瓷构成。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，构成所述第1透镜组的所述第1透镜的放大率满足下述条件式(3)，所述第1透镜、第2透镜的材质满足条件式(4)、(5)，第1透镜的缩小侧的面的形状满足下述条件式(6)，
(3)-1.1＜fw/f1＜-0.8
(4)10＜v1-v2
(5)1.66＜n2
(6)1.16＜fw/R2＜1.51
其中，
f1：第1透镜的焦距
v1：第1透镜的色散系数
v2：第2透镜的色散系数
n2：第2透镜在d线的折射率
R2：第1透镜的缩小侧的面的曲率半径。
5.根据权利要求4所述的变焦透镜，其特征在于，所述第1透镜的缩小侧的面的形状为非球面。
6.根据权利要求4所述的变焦透镜，其特征在于，所述第5透镜由透光性陶瓷构成。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，构成所述第2透镜组的所述第3透镜的材质满足下述条件式(7)、(8)，放大率满足下述条件式(9)，形状满足下述条件式(10)，另外，所述第3透镜、第5透镜的形状满足条件式(11)，
(7)29.7＜(v3+v4)＜2-v5
(8)1.45＜(n3+n4)/2＜1.78
(9)0.5＜fw/f3＜0.85
(10)0.8＜fw/R5＜1.45
(11)0.75＜R5/R9＜1.45
其中，
v3：第3透镜的色散系数
v4：第4透镜的色散系数
v5：第5透镜的色散系数
n3：第3透镜在d线的折射率
n4：第4透镜在d线的折射率
f3：第3透镜的焦距
R5：第3透镜的放大侧的面的曲率半径
R9：第5透镜的缩小侧的面的曲率半径。
8.根据权利要求7所述的变焦透镜，其特征在于，构成所述第2透镜组的透镜的面的两个以上的面的形状为非球面。
9.根据权利要求7所述的变焦透镜，其特征在于，所述第5透镜由透光性陶瓷构成。
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