CN201945735U - 变倍光学***和成像设备 - Google Patents

Abstract

一种变倍光学***，包括从物侧开始布置的：具有负屈光力的第一透镜组；孔径光阑；和具有正屈光力的第二透镜组。物侧表面的中心部分是凸出的非球面透镜布置在第二透镜组的最远物侧。非球面透镜的物侧表面以正能力从非球面透镜的物侧表面的中心部分向其周边降低的方式形成，或者以在中心部分和周边之间存在拐点、且在中心部分和拐点之间正能力随着到中心部分的距离的增加而降低、且在拐点和周边之间负能力朝周边增加的方式形成。所述非球面的折射率和阿贝数满足下面的公式(1)和(2)：Ne5＜1.53(1)；和vd5＞75(2)。

Description

变倍光学***和成像设备

技术领域

本发明涉及一种用于摄像机、电子静止照相机等的变倍光学***(variable magnification optical system)和成像设备。具体地，本发明涉及一种适用于监控摄像机并能够用于可见光范围和近红外光范围的变倍光学***。此外，本发明还涉及一种包括该变倍光学***的成像设备。

背景技术

通常，监控摄像机用于防止犯罪、记录图像等。用于监控摄像机的光学***应当小并且成本低。光学***需要具有大的孔径比，从而使得即使在低亮度摄影条件下也能够识别物体，以及具有高的光学性能。此外，近年来对于具有变倍功能的监控摄像机的需求在增加。自然地，监控摄像机的光学***的主流趋势将是变倍光学***。例如，在日本未审查的专利公开公报No.2006-251437(专利文献1)中公开了能够用于监控摄像机的变倍光学***。专利文献1中公开的变倍光学***是两组变焦光学***，该***包括具有负屈光力的第一透镜组和具有正屈光力的第二透镜组。在专利文献1中公开的变倍光学***中，第一透镜组和第二透镜组中的每个包括三个透镜。因此，专利文献1中公开的变倍光学***结构紧凑。

同时，在白天时监控摄像机用可见光执行摄像，在夜晚间或许多黑暗情况之后用近红外光执行摄像。因此，监控摄像机需要适应于可见光范围和近红外光范围。因此，监控摄像机的透镜***需要以下述方式构造：在包括可见光至近红外光的范围以优良方式校正色差。对于能够用于可见光范围和近红外光范围的变倍光学***，已知的为日本未审查专利公开公报No.2006-091643(专利文献2)公开的变倍光学***。专利文献2中公开的变倍光学***具有两组变焦结构，该变倍光学***的第一透镜组和第二透镜组中的每个包括四个透镜。此外，在可见光范围和近红外光范围均能 以优良方式校正像差。

同时，在前述领域中，成像装置，例如CCD(电荷耦合器，ChargeCoupled Device)和CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary MetalOxide Semiconductor)，安装在摄像机上。近年来，成像装置的分辨率变得越来越高，并且对于使用监控摄像机的高品质的图像或视频图像的需求也在增加。特别地，对于能够适应于具有1百万像素或更高的成像装置的高性能的变倍光学***的需求在增加。然而，在传统的光学***中，难以实现能够与近年来分辨率的增加相适应的高性能光学***，同时能够保持大的孔径比和紧凑(小尺寸等)这对于监控摄像机是必须的。

发明内容

鉴于前述情况，本发明的一个目的是提供一种具有高的光学性能的变倍光学***，其能够适应近年来增加分辨率的需求，同时保持光学***的大孔径比和小体积，并且该变倍光学***能够用于可见光范围和近红外光范围。此外，本发明的另一个目的是提供一种包括该变倍光学***的成像设备。

本发明的变倍光学***为一种变倍光学***，包括从所述变倍光学***的物侧依序布置的：

具有负屈光力的第一透镜组；

孔径光阑；和

具有正屈光力的第二透镜组，

其中通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的在光轴方向上的间距来改变变倍光学***的放大倍率，并且当通过改变所述放大倍率使得必须进行像平面的位置校正时，通过在所述光轴的方向上移动第一透镜组来校正所述像平面的位置，并且

其中所述第二透镜组包括从所述变倍光学***的物侧依序布置的：非球面透镜，所述非球面透镜布置在第二透镜组的最远物侧，并且所述非球面透镜的物侧表面是非球面且该非球面的中心部分是凸出形状；粘合透镜，所述粘合透镜包括两个透镜；负透镜，所述负透镜具有面向变倍光学***的像侧的凹面；和正透镜，所述正透镜具有面向变倍光学***的物侧 的凸面，并且

其中所述粘合透镜的两个透镜中的一个是正透镜，所述粘合透镜中的另一个是负透镜，并且

其中所述第二透镜组中的非球面透镜的物侧表面以正能力从非球面透镜的物侧表面的中心部分向非球面透镜的物侧表面的周边降低的方式形成，或者以在非球面透镜的物侧表面的中心部分和非球面透镜的物侧表面的周边之间存在拐点、且在中心部分和拐点之间正能力随着到中心部分的距离的增加而降低、且在拐点和周边之间负能力朝周边增加的方式形成，并且

其中当第二透镜组中的非球面透镜的e-线的折射率和非球面透镜的d-线的阿贝数分别为Ne5和vd5时，满足下面的公式(1)和(2)：

Ne5＜1.53                        (1)；和

vd5＞75                          (2)。

语句“所述粘合透镜的两个透镜中的一个是正透镜，所述粘合透镜中的另一个是负透镜”，“所述负透镜具有面向像侧的凹面”和“所述正透镜具有面向物侧的凸面”是指当透镜为非球面透镜时的近轴区域。

此外，当连接一点和一表面在该点处的法线与光轴之间的交点(在该交点处，该表面在该点处的法线与光轴彼此相交)的线段的长度为曲率半径R，该表面的物侧的折射率为N1，并且该表面的像侧的折射率为N2时，该表面上的该点处的能力(power)可以用(N2-N1)/R表示。此时，当该交点位于该表面的像侧时曲率半径R(正或负)的符号是正。当该交点位于该表面的物侧时曲率半径R的符号是负。

术语“中心部分”是指光轴附近的部分或区域。此外，术语“周边”是指有效直径内的区域。因此，不包括有效直径的外部区域。在本发明中，当该轴向光束(axial beam)和离轴光束(off-axial beam)进入基于光学***规范的最大孔径时，表面的“有效直径”由包括在轴向光束和离轴光束中的光线的最外光线的高度确定。该规范是F-值、视角、像高等。此外，该规范可以包括阻止预定的光线的光阑的孔径。

在本发明的变倍光学***中，当第二透镜组中的非球面透镜的近轴焦距为f5且第二透镜组的焦距为fG2时，满足下面的公式(3)：

1.05＜f5/fG2＜1.65               (3)。

在本发明的变倍光学***中，当第二透镜组中的具有面向变倍光学***的像侧的凹面的负透镜的e-线的折射率为Ne8时，满足下面的公式(4)：

Ne8＞1.95                        (4)。

在本发明的变倍光学***中，当第二透镜组的粘合透镜中包括的正透镜的d-线的阿贝数为vd7时，满足下面的公式(5)：

vd7＞75                          (5)。

在本发明的变倍光学***中，理想地，当改变所述放大倍率时所述孔径光阑固定。

根据本发明的一种成像设备包括本发明的变倍光学***。

根据本发明，变倍光学***包括从所述变倍光学***的物侧依序布置的：具有负屈光力的第一透镜组；孔径光阑；和具有正屈光力的第二透镜组。此外，通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的在光轴方向上的间距来改变变倍光学***的放大倍率，并且当通过改变所述放大倍率使得必须进行像平面的位置校正时，通过在所述光轴的方向上移动第一透镜组来校正所述像平面的位置。在该变倍光学***中，第二透镜组的结构以适当方式设置。具体地，在第二透镜组的最远物侧布置非球面透镜(在第二透镜组的透镜之中最靠近物侧)，并且非球面透镜的形状和材料适当地设置。因此，变倍光学***能够用于可见光范围和近红外线范围。此外，能够实现具有高光学性能的变倍光学***，其能够适应近年来增加分辨率的需求，同时保持光学***的大孔径比和小体积。

此外，本发明的成像设备包括本发明的变倍光学***。因此，本发明的成像设备可以用于可见光范围和近红外线范围。此外，成像设备具有优异的紧密性，并且能够在低亮度下执行摄像(成像)。此外，还能够获得高品质的图像。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的变倍光学***的结构和轴向光束的光路的剖面图；

图2A、2B是显示本发明实例1的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图3A、3B是显示本发明实例2的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图4A、4B是显示本发明实例3的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图5A、5B是显示本发明实例4的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图6A、6B是显示本发明实例5的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图7A、7B是显示本发明实例6的变倍光学***的透镜结构的剖面图；

图8A至8F是显示本发明的实例1的变倍光学***的纵向像差的图；

图9A至9I是显示本发明的实例1的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图10A至10I是显示本发明的实例1的变倍光学***在望远端的横向像差的图；

图11A至11F是显示本发明的实例2的变倍光学***的纵向像差的图；

图12A至12I是显示本发明的实例2的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图13A至13I是显示本发明的实例2的变倍光学***在望远端的横向像差的图；

图14A至14F是显示本发明的实例3的变倍光学***的纵向像差的图；

图15A至15I是显示本发明的实例3的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图16A至16I是显示本发明的实例3的变倍光学***在望远端的横向像差的图；

图17A至17F是显示本发明的实例4的变倍光学***的纵向像差的图；

图18A至18I是显示本发明的实例4的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图19A至19I是显示本发明的实例4的变倍光学***在望远端的横向像差的图；

图20A至20F是显示本发明的实例5的变倍光学***的纵向像差的图；

图21A至21I是显示本发明的实例5的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图22A至22I是显示本发明的实例5的变倍光学***在望远端的横向像差的图；

图23A至23F是显示本发明的实例6的变倍光学***的纵向像差的图；

图24A至24I是显示本发明的实例6的变倍光学***在广角端的横向像差的图；

图25A至25I是显示本发明的实例6的变倍光学***在望远端的横向像差的图；和

图26是显示根据本发明的实施例的成像设备的立体图的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图来详细地说明本发明的实施例。图1是根据本发明的实施例的变倍光学***的结构的剖面图。图1显示的变倍光学***1对应于实例1的变倍光学***，稍后将说明。在图1中，左侧是物侧，右侧是像侧。图1还显示来自无限远的物体的轴向光束2。

变倍光学***1包括从变倍光学***的物侧开始沿光轴Z布置的：具有负屈光力的第一透镜组G1；孔径光阑St；和具有正屈光力的第二透镜组G2。通过改变第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的在光轴方向上的间距来改变变倍光学***在广角端和望远端之间的放大倍率。此外，当通过改变所述放大倍率使得必须进行像平面的位置校正时，通过在所述光轴Z的方向上移动第一透镜组G1来校正所述像平面的位置。在图1所示的实例中，当放大倍率改变时孔径光阑St固定。在图1中，孔径光阑St不必具有该孔径光阑St的形状和尺寸，但是要具有该孔径光阑St在光轴Z上的位置。当第一透镜组具有负能力时，换言之，具有负能力的透镜组位于物侧或前侧时，透镜***适用于实现视广角(wide angle of view)。此外，保持充分的后焦点(sufficient backfocus)相对地容易。

考虑到将变倍光学***1应用到成像设备的情况，图1显示了成像装置5，其布置在变倍光学***的像平面Sim上。当变倍光学***1应用 于成像设备时，希望基于其上安装透镜的摄像机的结构来提供覆玻片(cover glass)、棱镜、红外线阻止过滤器(infrared-ray cut filter)、低通过滤器(low-pass filter)等。因此，图1显示了假定这些元件的平行平板形状的光学构件PP布置在第二透镜组G2和成像装置5之间的情况。

本发明的变倍光学***的第一透镜组G1可以包括从物侧依序布置的四个透镜，例如，如图1所示。从物侧开始布置的这四个透镜是：具有面向像侧的凹面的负透镜L1；具有面向像侧的凹面的负透镜L2；具有面向像侧的凸面的正透镜L3；和具有面向物侧的凹面的负透镜L4。当第一透镜组G1以该方式构造时，它能够实现高性能的变倍光学***，其中彗差和场曲(field curvature)被减小，同时减小变倍光学***的尺寸。

具体地，在图1所示的实例中，透镜L1是具有面向物侧的凸面的弯月形透镜，并且透镜L2是具有面向物侧的凸面的弯月形透镜。透镜L3是正双凸(凸面-凸面)透镜，并且透镜L4是在近轴区域具有面向像侧的凸面的弯月形透镜。配置了两个负弯月形透镜，即透镜L1和L2，因此能够把第一透镜组G1所需的负能力分配给这两个透镜。此外，能够以优良的方式容易地校正彗差和场曲。

理想地，第一透镜组G1中的透镜L4是具有面向像侧的非球面的非球面透镜，如图1的实例所示。当该非球面透镜布置在第一透镜组G1的最远像侧时，如上所述，能够以优良的方式校正彗差。此外，能够容易地实现小的高性能光学***。

此外，理想地，透镜L4的像侧上的非球面以如下方式构造：轴向光束2的最外光线3穿过的位置的外侧(远离光轴的侧或方向)的区域包括其正能力比光轴附近的能力高的部分。当透镜L4的像侧的非球面以这种方式构造时，能够以优良的方式校正离轴像差，特别是彗差。因此，它能够实现小的高性能光学***，其具有高分辨率。透镜L4的像侧表面例如可以以正能力从光轴向该表面的周边增加的方式形成。可选地，透镜L4的像侧表面可以以如下方式形成：仅最外光线3穿过的位置的外侧的区域的一部分的正能力比光轴附近的能力高。

此外，透镜L4的物侧表面也可以是非球面的。当透镜L4的物侧表面也是非球面时，能够进一步提高透镜L4的性能。

在本发明的变倍光学***，在透镜组G2的最远物侧布置有透镜L5，该透镜L5具有面向物侧的非球面，并且该非球面的中心部分是凸的。此外，透镜L5的物侧表面以正能力从透镜L5的物侧表面的中心部分向透镜L5的物侧表面的周边降低的方式形成。可选地，透镜L5的物侧表面以在透镜L5的物侧表面的中心部分和透镜L5的物侧表面的周边之间存在拐点(inflection point)、且在中心部分和拐点之间正能力随着到中心部分的距离的增加而降低、且在拐点和周边之间负能力朝周边增加的方式形成。拐点是这样的点，在该点处曲率的符号改变。

第二透镜组G2的最远物侧透镜L5是非球面透镜，并且透镜L5的物侧表面的形状如上所述地形成。因此，能够减小球面像差。此外，例如，能够获得与大致1.3的F-值对应的大的孔径比，这是监控摄像机等所需要的。此外，能够实现高性能，同时以小尺寸构造该光学***。

此外，当透镜L5的e-线的折射率和透镜L5的d-线的阿贝数分别为Ne5和vd5时，理想地，满足下面的公式(1)和(2)：

Ne5＜1.53                    (1)；和

vd5＞75                      (2)。

当从当前可获得的(使用的)的光学材料中选择满足公式(1)和(2)的材料时，能够选择具有高异常色散特性的材料。此外，除了能够以优良方式校正球面像差，还能够减小纵向色差。例如，能够实现能够使用于可见光范围(大约400nm至700nm)的波段和近红外光范围(大约700nm至1000nm)的波段的变倍光学***。

变倍光学***1的第二透镜组G2包括从物侧依序布置的：如上构造的透镜L5；通过把两个透镜粘合在一起形成的粘合透镜LC；具有面向像侧的凹面的负透镜L8；和具有面向物侧的凸面的正透镜L9。粘合透镜LC的两个透镜中的一个是正透镜，两个透镜中的另一个是负透镜。在图1所示的实例中，第二透镜组G2的粘合透镜LC包括从物侧依序布置的负透镜L6和正透镜L7。可选地，粘合透镜LC中的负透镜和正透镜可以以相反的顺序布置。此外，当减小变倍光学***的尺寸很重要时，理想 地，第二透镜组G2具有包括前述五个透镜的五个透镜结构。

除了如上所述地构造透镜L5之外，当第二透镜组G2包括如上所述的粘合透镜LC、透镜L8和透镜L9时，理想地，能够抑制球面像差、彗差和场曲。因此，能够实现高光学性能，其能够适应于近年来分辨率的增加，同时保持光学***的小尺寸和大孔径比。

在图1所示的实例中，第二透镜组G2包括五个透镜，即从物侧依序布置的：透镜L5、粘合透镜LC的透镜L6和透镜L7、透镜L8和透镜L9。透镜L5的两个表面都是非球面，并且透镜L5在近轴区域具有正屈光力。粘合透镜LC的透镜L6具有负弯月形形状，粘合透镜LC的透镜L7具有双凸出形状。透镜L8为具有面向物侧的凸面的负弯月形形状。透镜L9为具有面向物侧的凸面的正弯月形形状。

如上所述，布置在第二透镜组G2的最远物侧的透镜L5的两个表面都是非球面。因此，与仅在透镜L5的一个表面上形成非球面的情况相比，能够以更优良的方式校正球面像差，同时使来自具有负屈光力的第一透镜组G1的分散光会聚。在第二透镜组G2中包括粘合透镜LC的结构对于校正色差是有利的。因此，能够在包括可见光范围至近红外光范围的宽波段内以优良方式容易地校正像差。此外，以具有面向物侧的凸面的弯月形形状构造布置在第二透镜组G2的像侧的透镜L8和透镜L9，这对于以优良方式校正场曲是有利的。此外，布置在第二透镜组G2的像侧的两个弯月形透镜是负透镜和正透镜的结构对于校正各种像差(包括球面像差和彗差)是有利的。

在变倍光学***1中，当第二透镜组G2中的透镜L5的近轴焦距为f5，并且第二透镜组G2的焦距为fG2时，理想地，满足下面的公式(3)：

1.05＜f5/fG2＜1.65                    (3)。

公式(3)涉及第二透镜组G2中的透镜L5的近轴区域的能力的比率。当f5/fG2的值变得低于公式(3)的下限时，透镜L5在近轴区域的能力变得过强，球面像差和彗差会增加。当f5/fG2的值超过公式(3)的上限时，就不能充分地校正纵向色差。当透镜L5构造成满足公式(3)时，能够实现具有高光学性能的变倍光学***，并且其能够用于可见光范围和近红外光范围中。

此外，更理想地，满足下面的公式(3-2)：

1.20＜f5/fG2＜1.50                        (3-2)。

当满足公式(3-2)时，能够进一步提高满足公式(3)所实现的效果。

此外，在变倍光学***1中，当第二透镜组G2的透镜L8的e-线的折射率为Ne8时，理想地，满足下面的公式(4)：

Ne8＞1.95                        (4)。

当透镜L8构造成满足公式(4)时，能够减小球面像差和彗差。此外，能够实现高分辨率的光学***，同时保持大的孔径比。已穿过第二透镜组G2的透镜L5和粘合透镜LC的光线作为会聚光进入透镜L8。为了以优良方式校正像差同时减小光学***尺寸的目的，理想地，透镜L8的物侧表面是具有面向物侧的凸面的弯月形形状，如图1所示，并且透镜L8的物侧表面和像侧表面中的每个具有强能力。然而，如果曲率半径的绝对值减小到使透镜L8的每个表面的能力增加时，那么像差量就增加。因此，理想地，具有高折射率的材料用作透镜L8的材料。此外，理想地，它满足公式(4)。

在变倍光学***1中，当第二透镜组G2的粘合透镜LC中包括的正透镜的d-线的阿贝数为vd7时，理想地，瞒着下面的公式(5)：

vd7＞75                    (5)。

当从当前可获得的(使用的)光学材料选择满足公式(5)的材料时，能够选择具有高异常色散特性的材料。当选择这种材料作为粘合透镜中包括的正透镜的材料时，这能够有效校正色差，能够减小色差。此外，能够实现能够用于可见光范围(大约400nm至700nm)和近红外光范围(大约700nm至1000nm)的变倍光学***。当满足公式(2)之外还满足公式(5)时，第二透镜组G2能够包括具有高异常色散特性的至少两个透镜。因此，能够实现更高的色差校正效果。

当变倍光学***1用于天然条件下，例如户外，布置在最远物侧的透镜的材料需要抗风和抗雨和抵抗阳光直射引起的温度变化，因为风和雨会损坏透镜表面。此外，该材料需要抵抗化学制品(例如油和脂肪)和洗涤剂，换言之，该材料需要具有高的耐水性、抗大气腐蚀性能、耐酸性、耐化学性等。此外，该材料需要硬，但不易碎。因此，理想地，玻璃用作最 远物侧透镜的材料。可选地，可以使用透明陶瓷。

当变倍光学***1用于天然条件下，不仅布置在最远物侧的透镜可以由玻璃制成，而且另一透镜或其它透镜也可以由玻璃制成。此外，当变倍光学***1用于天然条件下，理想地，用于保护的多层涂层应用到透镜或多个透镜。此外，除了用于保护的多层涂层之外，还可以提供用于减少光学***使用期间的鬼光线(ghost light)的抗反射涂层。

在图1所示的实例中，光学构件PP布置在透镜***和成像平面之间。而不是在透镜***和成像平面之间布置各种过滤器，例如低通过滤器或阻止特定波段的过滤器，这些各种过滤器可以布置在这些透镜之间。可选地，功能与各种过滤器相似的涂层可以应用于这些透镜的至少一个的透镜表面。

下面，将说明本发明的变倍光学***的数值的实例。图2A、2B至图7A、7B分别是实例1至6的变倍光学***的透镜的剖面图。在图2A、2B至图7A、7B中，左侧是物侧，右侧是像侧。上部分显示在广角端的透镜的布置，下部分显示在望远端的透镜的布置。此外，还显示了光学构件PP。图2A、2B至图7A、7B中显示的孔径光阑St不必要具有该孔径光阑St的尺寸和形状，但是需要具有该孔径光阑St在光轴Z上的位置。

表1显示关于实例1的变倍光学***的透镜数据。表2显示关于实例1的变倍光学***的各种数据。表3显示关于实例1的变倍光学***的非球面数据。相似地，表4至18显示实例2至6的变倍光学***的透镜数据、各种数据和非球面数据。下面将使用实例1作为示例，来说明表中的符号的意思。该符号的意思与实例2至6基本相同。

在表1的透镜数据中，列Si显示第i(i＝1，2，3，...)个表面的表面序号。最远物侧元件的物侧表面的表面序号是1，表面序号朝像侧依序增加。列Ri显示第i个表面的曲率半径，列Di显示第i个表面和第(i+1)个表面之间的在光轴Z上的间距。列Nej显示第j(j＝1，2，3，...)个光学元件的e-线的折射率(波长是546.07nm)。位于最远物侧的光学元件的数值是1，该数值朝像侧依序增加。此外，列vdj显示第j个光学元件的d-线的阿贝值(波长是587.6nm)。这里，当面对物侧的表面是凸的时曲率半径的符号是正，当面对像侧的表面是凸的时曲率半径的符号是负。透镜数据包括 孔径光阑St和光学构件PP。在曲率半径的列Ri中，记录的术语“(孔径光阑)”被用于与孔径光阑St对应的表面。

在表1的透镜数据中，“可变量1”和“可变量2”记录在表面之间的间距的行中，当放大倍率改变时该表面之间的间距改变。“可变量1”表示第一透镜组G1和孔径光阑St之间的间距。“可变量2”表示孔径光阑St和第二透镜组G2之间的间距。

表2中的各种数据显示整个***在广角端和望远端处的对于e-线、F-值、全视角和“可变量1”以及“可变量2”的焦距。在透镜数据和各种数据中，角度的单位是度，长度的单位是“mm”。然而，因为当光学***成比例地放大或成比例地缩小时光学***能够实现相似的光学性能，因此，也可以使用其它合适的单位。

在表1的透镜数据中，标记“*”附加到非球面的表面序号。表1显示近轴曲率半径的数值，作为非球面的曲率半径。表3的非球面数据显示用于非球面的非球面系数。在表3的非球面数据中，数值“E-n”(n：整数)表示“×10^-n”，“E+n”表示“×10ⁿ”。此外，非球面系数是下面的非球面公式(A)中的系数KA，Bm(m＝3，4，5，...)：

Zd＝C·h²/{1+(1-KA·C²·h²)^1/2}+∑Bm·h^m...            (A)，

其中，

Zd为非球面的深度(从非球面在高度h处的点到垂直于光轴的平面的垂直线的长度，该平面接触非球面的顶点)，

h为高度(从光轴到透镜表面的距离)，

C为近轴曲率半径的倒数，和

KA，Bm为非球面系数(m＝3，4，5，...20)。

[表1]

实例1透镜数据

[表2]

实例1各种数据

[表3]

实例1非球面数据

[表4]

实例2透镜数据

[表5]

实例2各种数据

[表6]

实例2非球面数据

[表7]

实例3透镜数据

[表8]

实例3各种数据

[表9]

实例3非球面数据

[表10]

实例4透镜数据

[表11]

实例4各种数据

[表12]

实例4非球面数据

[表13]

实例5透镜数据

[表14]

实例5各种数据

[表15]

实例5非球面数据

[表16]

实例6透镜数据

[表17]

实例6各种数据

[表18]

实例6非球面数据

下面将说明实例1的变倍光学***的示意结构。实例1的变倍光学***包括第一透镜组G1和第二透镜组G2。第一透镜组G1为四个透镜的组，第二透镜组G2为五个透镜的组，并且第一透镜组G1和第二透镜组G2从物侧依序布置。在第一透镜组G1中，负透镜L1、负透镜L2、正透镜L3和负透镜L4从物侧依序布置。负透镜L1是具有面向物侧的凸面的弯月形状，负透镜L2是具有面向物侧的凸面的弯月形状。正透镜L3是双凸面形状，并且负透镜L4是在近轴区域具有面向像侧的凸面的弯月形状。在第二透镜组G2中，正透镜L5、负透镜L6和正透镜L7的粘合透镜、负透镜L8和正透镜L9从物侧依序布置。正透镜L5是在近轴区域具有面向物侧的凸面的弯月形状。负透镜L6是具有面向物侧的凸面的弯月形状，并且正透镜L7是双凸面形状。负透镜L8是具有面向物侧的凸面的弯月形状，并且正透镜L9是具有面向物侧的凸面的弯月形状。透镜L4的像侧表面和透镜L5的两侧(物侧和像侧)是非球面的。

实例2和3的变倍光学***的示意结构与实例1的结构的不同点在 于：在实例2和3中透镜L5在近轴区域是双凸面形状，但其余结构与在实例1中相似。实例4和5的变倍光学***的示意结构与实例1的结构的不同点在于：在实例4和5中透镜L5在近轴区域是双凸面形状，并且透镜L4的两侧和透镜L5的两侧是非球面的。但是，其余结构与实例1相似。实例6的变倍光学***的示意结构与实例1的结构的不同点在于：在实例6中透镜L4在近轴区域是双凹面形状，透镜L5在近轴区域是双凸面形状，透镜L4的两侧和透镜L5的两侧是非球面的。但是，其余结构与实例1相似。

图8A至8F是显示实例1的变倍光学***的纵向像差的图。图9A至9I和图10A至10I是显示实例1的变倍光学***的横向像差的图。图8A至8C显示在广角端的球面像差、像散(astigmatism)、畸变(畸变像差)。图8D至8F显示在望远端的球面像差、像散、畸变。图9A至9E显示在广角端的沿每个视角的切向方向(tangential direction)的横向像差。图9F至9I显示在广角端的沿每个视角的径向方向(sagittal direction)的横向像差。在图9A至9I中，用于相同半视角的图布置成在水平方向上彼此靠近。图10A至10E显示在望远端的沿每个视角的切向方向的横向像差。图10F至10I显示在望远端的沿每个视角的径向方向的横向像差。在图10A至10I中，用于相同半视角的图布置成在水平方向上彼此靠近。在显示球面像差的图中，关于e-线的像差由实线表示，关于460nm的波长的像差由虚线表示。此外，关于615nm的波长的像差由点划线表示，并且关于880nm的波长的像差由双点划线表示。在显示像散的图中，径向方向上的像差由实线表示，并且切向方向上的像差由点线表示。在显示像差的其它图中，显示了关于e-线的像差。在显示球面像差的图中，Fno.表示F-值。在其它图中，ω表示半视角。这里，在显示球面像差和像散的图中，水平轴线的尺寸单位是mm。在显示横向像差的图中，竖直轴线的尺寸单位是mm。但是，在图中，省略了单位的显示。

此外，显示实例2至6的变倍光学***的像差的图以与实例1的图相似的方式显示在附图中。图11A至11F显示实例2的变倍光学***的纵向像差。图12A至12I显示在广角端的横向像差。图13A至13I显示在望远端的横向像差。图14A至14F显示实例3的变倍光学***的纵向像差。 图15A至15I显示在广角端的横向像差。图16A至16I显示在望远端的横向像差。图17A至17F显示实例4的变倍光学***的纵向像差。图18A至18I显示在广角端的横向像差。图19A至19I显示在望远端的横向像差。图20A至20F显示实例5的变倍光学***的纵向像差。图21A至21I显示在广角端的横向像差。图22A至22I显示在望远端的横向像差。图23A至23F显示实例6的变倍光学***的纵向像差。图24A至24I显示在广角端的横向像差。图25A至25I显示在望远端的横向像差。

表19显示与实例1至6的变倍光学***的公式(1)至(5)对应的数值。表19显示当参考波长是e-线，并且光束基于上述的每个说明数据进入时获得的数值。

[表19]

如这些数据所示，实例1至6的所有变倍光学***满足公式(1)至(5)。该结构紧凑。此外，同时保持大孔径比，例如在广角端大约1.3的F-值，在广角端全视角在125°至137°的范围内，这是相对宽的。此外，在可见光范围和近红外光范围内以优良的方式校正像差。因此，在广角端和望远端光学性能都很高。

图26是显示根据本发明的成像设备的实施例的监控摄像机的结构的示意图。图26显示的监控摄像机10包括根据本发明的实施例的变倍光学***1和成像装置5。变倍光学***1布置在筒体的内部，筒体大致为圆柱形。成像装置5对变倍光学***1形成的物体的图像成像。成像装置5的具体实例是CCD、CMOS等，其能够将变倍光学***1形成的光学图像转换成电信号。成像装置5以成像装置5的成像平面和变倍光学***1的像平面变得相同的方式布置。此外， 用于改变孔径光阑St的直径的孔径杆(aperture lever)12设置在筒体的上侧。此外，变焦杆(zoom lever)13和聚焦杆(focus lever)14设置在筒体的下侧。变焦杆13改变变倍光学***1的放大比率，聚焦杆14调节变倍光学***1的焦点。

根据本发明的实施例的变倍光学***1具有前述优点。因此，根据本发明的实施例的成像设备具有优异的紧凑性。此外，即使在低亮度下也能够获得优异的摄像(成像)。此外，能够在包括可见光范围至近红外光范围的宽波段获得高品质的视频图像(图像)。

迄今，通过使用实施例和实例已经说明了本发明。但是，本发明不局限于前述实施例和实例，能够有各种变化例。例如，每个透镜元件的曲率半径的数值、表面间距、折射率、阿贝数和非球面系数不局限于前述实例的数值，其可以使用其它数值。

此外，在成像设备的实施例中，参照附图说明了本发明的成像设备应用于监控摄像机的情况。但是，本发明的成像设备的使用不局限于监控摄像机。本发明的成像设备还可以例如应用于电视摄像机、电子静止照相机等。

Claims (6)

1.一种变倍光学***，包括从所述变倍光学***的物侧依序布置的：

具有负屈光力的第一透镜组；

孔径光阑；和

具有正屈光力的第二透镜组，

其特征在于，通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的在光轴方向上的间距来改变变倍光学***的放大倍率，并且当通过改变所述放大倍率使得必须进行像平面的位置校正时，通过在所述光轴的方向上移动第一透镜组来校正所述像平面的位置，并且

其中所述第二透镜组包括从所述变倍光学***的物侧依序布置的：非球面透镜，所述非球面透镜布置在第二透镜组的最远物侧，并且所述非球面透镜的物侧表面是非球面且该非球面的中心部分是凸出形状；粘合透镜，所述粘合透镜包括两个透镜；负透镜，所述负透镜具有面向变倍光学***的像侧的凹面；和正透镜，所述正透镜具有面向变倍光学***的物侧的凸面，并且

其中所述粘合透镜的两个透镜中的一个是正透镜，所述粘合透镜中的另一个是负透镜，并且

其中所述第二透镜组中的非球面透镜的物侧表面以正能力从非球面透镜的物侧表面的中心部分向非球面透镜的物侧表面的周边降低的方式形成，或者以在非球面透镜的物侧表面的中心部分和非球面透镜的物侧表面的周边之间存在拐点、且在中心部分和拐点之间正能力随着到中心部分的距离的增加而降低、且在拐点和周边之间负能力朝周边增加的方式形成，并且

其中当第二透镜组中的非球面透镜的e-线的折射率和非球面透镜的d-线的阿贝数分别为Ne5和vd5时，满足下面的公式(1)和(2)：

Ne5＜1.53     (1)；和

vd5＞75       (2)。

2.根据权利要求1所述的变倍光学***，其特征在于，当第二透镜组 中的非球面透镜的近轴焦距为f5且第二透镜组的焦距为fG2时，满足下面的公式(3)：

1.05＜f5/fG2＜1.65          (3)。

3.根据权利要求1所述的变倍光学***，其特征在于，当第二透镜组中的、具有面向变倍光学***的像侧的凹面的负透镜的e-线的折射率为Ne8时，满足下面的公式(4)：

Ne8＞1.95                   (4)。

4.根据权利要求1所述的变倍光学***，其特征在于，当第二透镜组的粘合透镜中包括的正透镜的d-线的阿贝数为vd7时，满足下面的公式(5)：

vd7＞75                     (5)。

5.根据权利要求1所述的变倍光学***，其特征在于，所述孔径光阑的位置固定不动。

6.一种成像设备，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的变倍光学***。 

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