CN101988985A

CN101988985A - 变焦透镜

Info

Publication number: CN101988985A
Application number: CN2010102366315A
Authority: CN
Inventors: 远山信明; 富冈右恭
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: JP5496565B2; CN101988985B; JP2011028144A

Abstract

本发明提供一种变焦透镜，该变焦透镜中口径比不缩小且进行高分辨率化及高倍率化。从物侧依次具备：第1组(G1)，具有正的折射力；第2组(G2)，具有负的折射力；透镜组(GK)，在第2组(G2)之后，并且第2组(G2)从物侧依次具备：凹面朝向像侧的负的透镜(L5)、双面非球面透镜(L6)，再有，双面非球面透镜(L6)的物侧的透镜面(R10)按照满足式(1)sagM-sagZ＜0以及式(2)sagM/sagZ＞2.3的方式构成，在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将第1组(G1)固定且使第2组(G2)向像侧移动来进行变倍。其中，sagM和sagZ分别为在被设定于广角端时的透镜面R10上的有效直径位置之透镜深度和其有效直径80％的直径位置之透镜深度。

Description

变焦透镜

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜，详细地涉及一种在变焦的设定变更时第1组被固定且第2组被移动的变焦透镜。

背景技术

一直以来，公知有使用于摄像机或电子静止摄像机等的、例如变焦比为30以上且高分辨率的高倍率变焦透镜。就这种具有大的变焦比的变焦透镜而言，例如公知有依次具备以下部件的变焦透镜，即具有正的折射力的第1组、具有负的折射力的第2组、具有正的折射力的第3组、光阑、具有正的折射力的第4组。

而且，在这种变焦透镜中公知有在变焦的设定向广角侧或望远侧变更时、使第1组固定且使第2组移动来进行变倍的变焦透镜(参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利公开2007-148340号公报

然而，伴随摄像元件的高像素化以及摄像机或电子静止摄像机的应用范围的扩大，作为在这种摄像机或电子静止摄像机所适用的变焦透镜，要求更高分辨率且高倍率的变焦透镜。

在此，通过缩小口径比来进行高倍率化比较容易，但是若这样，则有时在暗处的拍摄中产生光量不足。而且，若要增大口径比以使不产生光量不足，则存在装置尺寸大型化的忧虑。

因此，就存在着例如想要维持可以应用于小型监视用摄像机等的口径比及装置尺寸、同时实现更高分辨率且高倍率的变焦透镜的要求。

发明内容

本发明是借鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种口径比不缩小且高分辨率化及高倍率化的小型变焦透镜。

本发明的变焦透镜，其特征在于，从物侧依次具备：具有正的折射力的第1组、具有负的折射力的第2组、后续于第2组的透镜组，从广角端朝向望远端变更变焦比时，将第1组固定且使第2组沿着光轴向像侧移动而进行变倍，第2组从物侧依次具备：凹面朝向像侧的负的透镜、双面非球面透镜，并且，上述双面非球面透镜的物侧的透镜面满足式(1)sagM-sagZ＜0以及式(2)sagM/sagZ＞2.3。

其中，sagM是在变焦透镜被设定于广角端时的双面非球面透镜的物侧的透镜面上的有效直径位置的透镜深度，sagZ是在变焦透镜被设定于广角端时的非球面透镜的物侧的透镜面上的有效直径80％的直径位置的透镜深度。

另外，透镜面的有效直径位置的透镜深度是指从该透镜面上的与光轴交叉的交点的位置到该透镜面上的有效直径位置为止的光轴方向的距离。而且，透镜面的有效直径80％的直径位置的透镜深度是指从该透镜面上的与光轴交叉的交点的位置到该透镜面上的有效直径80％的直径位置为止的光轴方向的距离。

另外，透镜深度的值在透镜面上的有效直径位置、或者有效直径80％的直径的位置比透镜面上的与光轴交叉的交点的位置更靠物侧时成为负值，在透镜面上的有效直径位置、或者有效直径80％的直径位置比透镜面上的与光轴交叉的交点的位置更靠像侧时成为正值。

优选上述第2组设为从物侧依次仅具备：凹面朝向像侧的负的透镜、双面非球面透镜、负的透镜、正的透镜的这样的4片，负的透镜和正的透镜两者相互接合构成接合透镜。

优选该变焦透镜在第2组和后续的透镜组之间具备光阑，后续的透镜组从物侧依次具备正折射力的第3组及正折射力的第4组，并且在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将第1组和第3组固定，第2组沿着光轴向像侧移动而进行变倍，第4组沿着光轴移动而进行像面的校正及对焦。

上述第3组可以从物侧依次仅具备正的双面非球面透镜、凹面朝向物侧的正的弯月形透镜、凹面朝向物侧的负的透镜的这样3片。

上述第4组可以从物侧依次仅具备正的双面非球面透镜、正的透镜、负的透镜的这样3片，正的透镜和负的透镜两者相互接合构成接合透镜。

上述第2组的双面非球面透镜可以设为塑料透镜。

本发明的变焦透镜从物侧依次具备：具有正的折射力的第1组、具有负的折射力的第2组、后续于该第2组的透镜组，在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将第1组固定且使第2组沿着光轴向像侧移动而进行变倍，第2组设为从物侧依次具备：凹面朝向像侧的负的透镜、双面非球面透镜的组，并且，使上述双面非球面透镜的物侧的透镜面皆满足式(1)：sagM-sagZ＜0以及式(2)：sagM/sagZ＞2.3双方，所以可以获得口径比不缩小而高分辨率化及高倍率化的小型变焦透镜，尤其可以实现适于监视用摄像机等的小型且高分辨率的高倍率变焦透镜。

另外，若第2组的双面非球面透镜的物侧的透镜面为未满足式(1)及式(2)的形状，则尤其像面弯曲(也称场曲)和彗形像差(也称慧差)增大，从而在变焦范围的整个区域抑制像差地进行校正就变得困难。

附图说明

图1是本发明的实施方式的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构与通过该变焦透镜的光线的光路一并表示的剖面图。

图2是通过被设定于广角端的上述变焦透镜的第2组的光线的光路的放大示意图。

图3是被设定于望远端的上述变焦透镜的简要结构与通过该变焦透镜的光线的光路一并表示的剖面图。

图4A是表示实施例1的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图4B是表示被设定于广角端的实施例1的变焦透镜的纵像差的图。

图4C是表示被设定于望远端的实施例1的变焦透镜的纵像差的图。

图4D是表示被设定于广角端的实施例1的变焦透镜的横像差的图。

图4E是表示被设定于望远端的实施例1的变焦透镜的横像差的图。

图5A是表示实施例2的变焦透镜的被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图5B是表示被设定于广角端的实施例2的变焦透镜的纵像差的图。

图5C是表示被设定于望远端的实施例2的变焦透镜的纵像差的图。

图5D是表示被设定于广角端的实施例2的变焦透镜的横像差的图。

图5E是表示被设定于望远端的实施例2的变焦透镜的横像差的图。

图6A是表示实施例3的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图6B是表示被设定于广角端的实施例3的变焦透镜的纵像差的图。

图6C是表示被设定于望远端的实施例3的变焦透镜的纵像差的图。

图6D是表示被设定于广角端的实施例3的变焦透镜的横像差的图。

图6E是表示被设定于望远端的实施例3的变焦透镜的横像差的图。

图7A是表示实施例4的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图7B是表示被设定于广角端的实施例4的变焦透镜的纵像差的图。

图7C是表示被设定于望远端的实施例4的变焦透镜的纵像差的图。

图7D是表示被设定于广角端的实施例4的变焦透镜的横像差的图。

图7E是表示被设定于望远端的实施例4的变焦透镜的横像差的图。

图8A是表示实施例5的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图8B是表示被设定于广角端的实施例5的变焦透镜的纵像差的图。

图8C是表示被设定于望远端的实施例5的变焦透镜的纵像差的图。

图8D是表示被设定于广角端的实施例5的变焦透镜的横像差的图。

图8E是表示被设定于望远端的实施例5的变焦透镜的横像差的图。

图9A是表示实施例6的变焦透镜的在被设定于广角端的状态下的简要结构的图。

图9B是表示被设定于广角端的实施例6的变焦透镜的纵像差的图。

图9C是表示被设定于望远端的实施例6的变焦透镜的纵像差的图。

图9D是表示被设定于广角端的实施例6的变焦透镜的横像差的图。

图9E是表示被设定于望远端的实施例6的变焦透镜的横像差的图。

图10是表示使用本发明的变焦透镜而构成的摄像机的图。

图中：G1-第1组，G2-第2组，GK-后续的透镜组，L5-负的透镜，L6-双面非球面透镜，R10-双面非球面透镜L6的物侧的透镜面，Z1-光轴。

具体实施方式

以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式的变焦透镜的简要结构与通过该变焦透镜的光线的光路一并表示的剖面图。该图1示出上述变焦透镜被设定于广角端的状态。图2是放大表示通过被设定于广角端的上述变焦透镜的第2组的光线的光路的剖面图，图3是表示被设定于望远端的上述变焦透镜的简要结构的剖面图。

图示的变焦透镜100从物侧(图中-Z侧)依次具备：具有正的折射力的第1组G1、具有负的折射力的第2组G2、第2组G2之后的透镜组GK，在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将第1组G1的位置固定且使第2组G2的位置沿着光轴Z 1向像侧(图中+Z侧)移动而进行变倍。

该变焦透镜100的第2组G2从物侧依次具备：凹面朝向像侧的负的透镜L5、双面非球面透镜L6，并且，该双面非球面透镜L6的物侧的透镜面R10满足式(1)sagM-sagZ＜0以及式(2)sagM/sagZ＞2.3。

另外，如图2所示，sagM为在变焦透镜100被设定于广角端时的双面非球面透镜L6的物侧的透镜面R10上的有效直径的位置E100的透镜深度De100的值。

而且，如图2所示，sagZ为在变焦透镜100被设定于广角端时的第2组G2的非球面透镜L6的物侧的透镜面R10上的有效直径的80％的直径位置E80的透镜深度De80的值。

另外，透镜深度De100是从透镜面R10与光轴Z1交叉的交点的位置P10到该透镜面R10上的有效直径的位置E100为止的在光轴方向(Z方向)的距离，以位置P10为基准将有效直径位置E100处于物侧时设为负值而表示，以位置P10为基准将有效直径位置E100处于像侧时设为正值而表示。从而，在图2中，表示透镜深度的sagM的值，因在以位置P10为基准下有效直径位置E100处于物侧，所以成为负值，其大小(值的绝对值)成为从位置P10到有效直径位置E100为止的在光轴方向(Z方向)的距离。

而且，表示在透镜面R10上的有效直径的80％的直径位置E80的透镜深度De80的sagZ的值，也与上述sagM的情况同样地规定。

另外，构成形成旋转对称的形状的透镜的透镜面的有效直径的位置，其距透镜的光轴Z1的距离为固定。

以下，虽然不是本申请发明必须的结构，但是对本申请发明的优选的结构进行说明。变焦透镜100具备这些结构。

另外，在图1、图3中，按从物侧(图中-Z方向)向像侧(图中+Z方向)的顺序表示构成变焦透镜100的透镜L1～L15的同时，从物侧向像侧依次示出在各透镜L1～L15的透镜面R1～R27。

其中，透镜面R2表示透镜L1和透镜L2的接合面，透镜面L13表示透镜L7和L8的接合面，透镜面R24表示透镜L13和L14的接合面。

另外，就透镜面R2而言透镜L1的像侧的透镜面和透镜L2的物侧的透镜面用共同的符号R2示出。对作为其他的接合面的透镜面R13及透镜面R24也相同。

平行平面板L15为用于将入射到摄像面的不需要的光遮断的滤光片。

而且，从物侧向变焦透镜100入射的光通过该变焦透镜100被成像于成像面Jk上。

另外，将孔径光阑St配置于第2组G2与透镜组GK之间。

上述第1组G1为从物侧依次具备：透镜L1、透镜L2、透镜L3以及透镜L4的组，透镜L1和透镜L2构成两者接合的接合透镜S12。

第2组G2从物侧依次仅具备将凹面朝向像侧的负的透镜L5、双面非球面透镜L6、负的透镜L7、正的透镜L8的这样的4片，负的透镜L7和正的透镜L8两者接合而构成接合透镜S78。若如此构成第2组G2，则能够在变焦透镜100的变焦范围的整个区域良好地校正像差。

而且，后续于第2组G2的透镜组GK从物侧依次具备：具有正的折射力的第3组、具有正的折射力的第4组。因此，在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将第1组G1和第3组G3相对于成像面Jk固定，通过使第2组G2沿着光轴Z1向像侧移动而进行变倍，并且使第4组G4沿着光轴Z1移动而进行像面的校正及对焦。若如此构成后续的透镜组GK，则可以将变焦透镜100更加小型化。

另外，在变焦透镜100中进行变焦的设定时的位置的固定及移动，是相对于成像面Jk的位置的各组的位置的固定及移动。

上述像点位置的校正(像面的校正)是通过使第2组沿着光轴移动而进行变倍且伴随该变倍的像点位置的变动由第4组修正的校正，上述对焦是用于使通过变焦透镜所成像的图像位于成像面Jk上的成像位置调节。

第3组G3是从物侧依次仅具备将正的双面非球面透镜L9、凹面朝向物侧的正的弯月形透镜L10、凹面朝向物侧的负的透镜L11的3片透镜组。若如此构成第3组G3，则可以将变焦透镜100进一步小型化。

而且，第4组G4是从物侧依次仅具备正的双面非球面透镜L12、正的透镜L13、负的透镜L4的3片透镜组，并且正的透镜L13和负的透镜L4两者接合构成接合透镜S1314。若如此构成第4组G4，则可以减少对焦(聚焦)时的距离变动。

另外，第2组G2的双面非球面透镜L6也可以设为塑料透镜。若这样，则可以降低用于抑制各种像差所需的透镜部件的成本且可以降低装置成本。

<具体的实施例>

接着，参照图4(图4A、4B、4C、4D、4E)～图9(图9A、9B、9C、9D、9E)以及表1(表1a、表1b、表1c)～表6(表6a、表6b、表6c)，对实施例1～实施例6的各变焦透镜所涉及的数值数据等统一进行说明。

另外，以下表示将从实施例1至实施例6的各变焦透镜设定于广角端时的sagM-sagZ的值以及sagM/sagZ的值。

实施例1：sagM-sagZ的值＝-0.010，sagM/sagZ的值＝2.70

实施例2：sagM-sagZ的值＝-0.009，sagM/sagZ的值＝8.20

实施例3：sagM-sagZ的值＝-0.008，sagM/sagZ的值＝4.57

实施例4：sagM-sagZ的值＝-0.007，sagM/sagZ的值＝3.04

实施例5：sagM-sagZ的值＝-0.010，sagM/sagZ的值＝2.84

实施例6：sagM-sagZ的值＝-0.010，sagM/sagZ的值＝2.76

表1～表6是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自的基本数据的表。

在表1a～表6a中示出透镜数据，在表1b～表6b中比较地示出广角端的设定和望远端的设定的不同。而且，在表1c～表6c中示出表示各变焦透镜所采用的非球面的形状的非球面式的各系数。

在表1a～表6a的透镜数据中，将透镜的面号码作为随着从物侧朝向像侧依次增加的第i个(i＝1、2、3、…)面号码而示出。另外，在这些透镜数据中未包含孔径光阑St或成像面Jk的面号码，但包含平行平面板L15的物侧的面和像侧的面的面号码(i＝26、27)。

Ri表示第i个(i＝1、2、3、…)面的近轴曲率半径，Di(i＝1、2、3、…)表示第i个面和第i+1个面的光轴Z1上的面间隔。另外，表示透镜数据的近轴曲率半径的符号Ri与图1中的表示透镜面的符号Ri(i＝1、2、3、…)对应。

其中，作为接合面的透镜面R2是将透镜L1的像侧的透镜面和透镜L2的物侧的透镜面由共同的符号R2表示的透镜面。而且，作为接合面的透镜面R13是将透镜L7的像侧的透镜面和透镜L8的物侧由共同的符号R13表示的透镜面。而且，作为接合面的透镜面R24是将透镜L13的像侧的透镜面和透镜L14的物侧的透镜面由共同的符号R24表示的透镜面。

而且，Nej表示随着从物侧朝向像侧依次增加的第j个(j＝1、2、3、…)光学要素的对e线(波长546.1nm)的折射率，vdj表示第j个光学要素的对d线(波长587.6nm)的阿贝数。

而且，近轴曲率半径及面间隔的单位为mm，近轴曲率半径在向物侧为凸时设为正、向像侧为凸时设为负。

表1b～表6b所示的在广角端的设定与在望远端的设定的比较，是有关间隔D7、D14、D20、D25以及焦距f′表示两者的不同点。

另外，在表1c～表6c所示的非球面式的各系数KA、B3、B4、B5…为下述非球面式所适用的系数。

【数1】

Z = \frac{Y^{2} / R}{1 + {(1 - KA \cdot Y^{2} / R^{2})}^{1 / 2}} + Σ_{i = 3}^{n} {BiY}^{i}

Z为非球面深度(从高度Y的非球面上的点下垂于与非球面顶点相切的且与

光轴垂直的平面的垂线长度)(mm)，

Y为高度(距光轴的距离)(mm)，

R为近轴曲率半径(mm)，

Bi为非球面系数(i＝3～n)，

KA为圆锥常数

[表1a]

实施例1

[表1b]

实施例1

[表1c]

[表2a]

实施例2

[表2b]

实施例2

[表2c]

[表3a]

实施例3

[表3b]

实施例3

[表3c]

[表4a]

实施例4

[表4b]

实施例4

[表4c]

[表5a]

实施例5

[表5b]

实施例5

[表5c]

[表6a]

实施例6

[表6b]

实施例6

[表6c]

图4A、5A、…9A是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自被设定于广角端的状态下的简要结构的剖面图，与已说明的图1～3中的符号一致的图4A～图9A中的符号表示相互对应的部位。

图4B、5B、…9B是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自在广角端的纵像差的图。

图4C、5C、…9C是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自在望远端的纵像差的图。

图4D、5D、…9D是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自在广角端的横像差的图。

图4E、5E、…9E是表示实施例1～实施例6的变焦透镜各自在望远端的横像差的图。

表示像差的各图中，表示有关波长546.1nm(e线)、波长460.0nm、波长615.0nm各自的像差。

在表示像差的各图中，对波长546.1nm(e线)用实线表示，对波长460.0nm用虚线表示，对波长615.0nm用点划线表示。

表示横像差的各图中，表示彗形像差，且在左右方向使弧矢方向的彗形像差和子午方向的彗形像差对应而表示。

另外，有关表示纵像差的图中的非点像差(也称像散)及畸变(也称畸变像差)的图的纵轴所示的角度为半视角。将该半视角设为ω时，图中的畸变在变焦透镜整个***的焦距为f、视角为θ(以变数，0≤θ≤ω)、理想像高为f×tanθ时是将距理想像高的像高方向的偏移量由百分比表示的像差。

图中的非点像差在视角为θ(以变数，0≤θ≤ω)时是表示距近轴像面的光轴方向的偏移量的像差。

从实施例1～6的表示基本数据及各种像差的图等可知，根据本发明的变焦透镜，通过谋求透镜各自的形状或材质的最优化，可以获得口径比不缩小而高分辨率化及高倍率化的小型变焦透镜。

在图10中，作为本发明的实施方式的摄像装置的一例示出利用本发明的实施方式所涉及的变焦透镜100而构成的摄像机101的结构。另外，在图10中，简要地示出变焦透镜100所具备的第1组G1、第2组G2、孔径光阑St、第3组G3、第4组G4，对变倍时移动的第2组G2及第4组G4沿移动方向加上双箭头。

摄像机101具备有：变焦透镜100、在该变焦透镜100的像侧所配置的且具有低通滤光片及红外截止滤光片等功能的滤光片2、配置于滤光片2的像侧的摄像元件4、信号处理电路5。其中，摄像元件4的受光面的位置与变焦透镜100的成像面Jk的位置一致。

通过变焦透镜100在摄像元件4的受光面上成像被摄体的图像，从摄像元件4输出的承载该图像的图像信号在信号处理电路5中被处理，在显示装置6显示表示该图像的可视图像。

另外，本发明不限于上述实施方式及各实施例，可以进行各种变形实施。例如，各透镜的曲率半径、折射率、分散、或者各透镜间的面间隔等不限于上述数值，可取其他的值。

Claims

1.一种变焦透镜，其特征在于，

从物侧依次具备：

第1组，具有正的折射力；

第2组，具有负的折射力；

透镜组，后续于上述第2组，

在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将上述第1组固定且使上述第2组向像侧移动而进行变倍，

上述第2组从物侧依次具备将凹面朝向像侧的负的透镜、双面非球面透镜，并且，上述双面非球面透镜的物侧的透镜面是满足以下的式(1)以及式(2)的透镜面：

sagM-sagZ＜0…(1)

sagM/sagZ＞2.3…(2)

其中，

sagM是在变焦透镜被设定于广角端时的上述双面非球面透镜的物侧的透镜面上的有效直径位置的透镜深度，

sagZ是在变焦透镜被设定于广角端时的上述双面非球面透镜的物侧的透镜面上的有效直径80％的直径位置的透镜深度。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，

上述第2组从物侧依次仅具备：凹面朝向上述像侧的负的透镜、上述双面非球面透镜、负的透镜、正的透镜，并且上述负的透镜和正的透镜相互接合而构成接合透镜。

3.如权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，

在上述第2组和上述后续的透镜组之间具备光阑，

上述后续的透镜组为从物侧依次具备正折射力的第3组及正折射力的第4组的透镜组，

在变焦的设定从广角端向望远端变更时，将上述第1组和上述第3组固定，上述第2组向像侧移动而进行变倍，上述第4组沿光轴方向移动而进行像面的校正及对焦。

4.如权利要求3所述的变焦透镜，其特征在于，

上述第3组从物侧依次仅具备：正的双面非球面透镜、凹面朝向物侧的正的弯月形透镜、凹面朝向物侧的负的透镜。

5.如权利要求3或4所述的变焦透镜，其特征在于，

上述第4组从物侧依次仅具备：正的双面非球面透镜、正的透镜、负的透镜，

上述正的透镜和负的透镜相互接合而构成接合透镜。

6.一种摄像装置，其特征在于，

具备权利要求1至5中的任一项所述的变焦透镜。