專利名稱：變焦鏡頭和具有該變焦鏡頭的照相機(jī)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及適用于數(shù)字靜物照相機(jī)、攝像機(jī)、電影照相機(jī)等具有寬視場(chǎng)角的小型變焦鏡頭，特別涉及具有良好便攜性的變焦鏡頭，該變焦鏡頭具有展寬的攝影視場(chǎng)角和縮短的總長(zhǎng)度。
相關(guān)技術(shù)的說明近年來(lái)，對(duì)于諸如使用固態(tài)圖像拾取裝置的攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和電子靜物照相機(jī)的攝影機(jī)(光學(xué)設(shè)備)的高級(jí)功能而言，光學(xué)系統(tǒng)的良好光學(xué)性能與系統(tǒng)本身的小型化的兼容是必不可少的。
在這類攝影機(jī)中，需要在透鏡最后部與圖像拾取裝置之間設(shè)置諸如低通濾波器和彩色校正濾光片等各種光學(xué)部件，所以在光學(xué)系統(tǒng)中需要使用具有較大后焦距的透鏡系統(tǒng)。另外，在使用彩色圖像拾取裝置的攝相機(jī)的情況下，為了避免色彩變暗，作為在此使用的光學(xué)系統(tǒng)，需要一種在遠(yuǎn)離出瞳位置的像方具有良好遠(yuǎn)心特性的光學(xué)系統(tǒng)。
作為實(shí)現(xiàn)這些需求的裝置，已經(jīng)提出了所謂后移型(negative lead type)的雙組變焦鏡頭，它包括兩個(gè)透鏡組，即負(fù)屈光度(refractive power)的第一透鏡組和正屈光度的第二透鏡組，其中，通過改變兩個(gè)透鏡組之間的間隔能有效地改變焦距。在后移型的這些變焦光學(xué)系統(tǒng)中，正屈光度的第二透鏡組被移動(dòng)以引起焦距改變，負(fù)屈光度的第一透鏡組被移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)于焦距改變所導(dǎo)致的像點(diǎn)位置的校正。在包括這兩個(gè)透鏡組的透鏡結(jié)構(gòu)中，變焦倍數(shù)大約是兩倍。
另外，在使用CCD的諸如攝像機(jī)的攝影設(shè)備(光學(xué)設(shè)備)所用的變焦鏡頭中，有一種三到五透鏡組的鏡頭，其中在變焦過程中最靠近物方的透鏡組以具有正、負(fù)、正的固定屈光度透鏡組開始。
例如，在日本專利申請(qǐng)公開No.63-81313(與US 4,802,747對(duì)應(yīng))中，提出了一種具有正、負(fù)、正、和正屈光度的四個(gè)透鏡組并具有三倍數(shù)量級(jí)的可變倍率(power ratio)的變焦鏡頭。另外，作為具有較高可變倍率的變焦鏡頭，例如在日本專利申請(qǐng)公開No.3-296706中，提出一種具有正、負(fù)、正、和正屈光度的四個(gè)透鏡組并具有十倍量級(jí)的可變倍率的變焦鏡頭。
另一方面，對(duì)于使用CCD拍攝靜物圖像的電子靜物照相機(jī)中的變焦鏡頭，需要鏡頭的總長(zhǎng)度非常短、并且對(duì)于靜止圖像應(yīng)具有寬的視場(chǎng)角和比用于移動(dòng)圖像的攝像機(jī)中所用的變焦鏡頭更高的光學(xué)性能的光學(xué)系統(tǒng)。
對(duì)于具有如上所述的2.5到3倍的較低的可變倍率、但適用于廣角區(qū)和亮度并能得到高性能的鏡頭，在日本專利公布No.6-66008(與US 4,662,723對(duì)應(yīng))中提出了一種具有負(fù)和正屈光度的兩個(gè)透鏡組并通過改變透鏡組之間的空氣隙而改變焦距的變焦鏡頭。
另外，為了使整個(gè)透鏡具有雙倍或更高倍的可變倍率且結(jié)構(gòu)緊湊的形狀，在日本專利公布No.7-3507(與US 4,810,072對(duì)應(yīng))和在日本專利公布No.6-40170(與US 4,647,160對(duì)應(yīng))中提出了一種所謂三單元變焦鏡頭，其中正屈光度的第三透鏡組設(shè)置在兩單元變焦鏡頭的像方，以便對(duì)于趨向較高可變倍率時(shí)產(chǎn)生的像差進(jìn)行校正。
在日本專利申請(qǐng)公開No.7-52256中提出了一種具有負(fù)、正和正屈光度的三透鏡組的變焦鏡頭，其中在從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦過程中，第二透鏡組與第三透鏡組之間的間隔加寬。
在US 5,434,710中公開了一種具有負(fù)、正和正屈光度的三透鏡組的變焦鏡頭，其中在從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦過程中，第二透鏡組與第三透鏡組之間的間隔減小。
在日本專利申請(qǐng)公開No.60-31110(與US 4,687,302對(duì)應(yīng))中提出了一種具有負(fù)、正、正和正屈光度的四透鏡組的變焦鏡頭，其中在從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦過程中，第二透鏡組與第三透鏡組之間的間隔減小，并且在變焦時(shí)第四透鏡組被固定。
在日本專利申請(qǐng)公開No.10-104520中提出了一種具有負(fù)、正和正屈光度的三透鏡組、或具有負(fù)、正、正和正屈光度的四透鏡組的變焦鏡頭。
在日本專利申請(qǐng)公開No.11-23967(與US 6,124,984對(duì)應(yīng))中提出了一種具有負(fù)、正和正屈光度的三透鏡組的變焦鏡頭，其中第二透鏡組被分成兩個(gè)透鏡組2a和2b，并在超出兩個(gè)透鏡組之間的空氣隙時(shí)具有約三倍的可變倍率。在日本專利申請(qǐng)公開No.11-84243(與US 6,191,896和6,233,099對(duì)應(yīng))中公開了一種具有負(fù)、正、正和正屈光度的四透鏡組的變焦鏡頭，其中光闌設(shè)置在第二透鏡組的后面。
近年來(lái)，固態(tài)圖像拾取裝置已經(jīng)前進(jìn)到更多的像素并且在特定圖像規(guī)格下像素尺寸也變得更小。同時(shí)，與拍攝相同圖像尺寸的普通透鏡相比，該攝影鏡頭應(yīng)具有更高的光學(xué)性能。
因此，在設(shè)計(jì)上的限制是要兼顧必需在透鏡后部(后焦距)或透鏡系統(tǒng)的類似后側(cè)插入濾光片以及出射側(cè)[位于大距離(無(wú)窮大)的出瞳]的遠(yuǎn)心特性，所以實(shí)現(xiàn)具有短的總長(zhǎng)度和緊湊結(jié)構(gòu)并具有大的可變倍率的變焦鏡頭非常困難。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是在考慮了普通透鏡系統(tǒng)的前提下提供一種組成透鏡數(shù)量少、結(jié)構(gòu)緊湊、光學(xué)性能優(yōu)良、出射側(cè)的遠(yuǎn)心特性良好的變焦鏡頭，以及使用該變焦鏡頭的光學(xué)設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的變焦鏡頭，其從物方到像方依次包括一負(fù)光焦度的第一透鏡組和一正光焦度的第二透鏡組。改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔以進(jìn)行變焦。該變焦鏡頭的特征在于，第二透鏡組從物方到像方依次具有一非球面的正透鏡和一非球面的負(fù)透鏡。
在根據(jù)本發(fā)明另一方面的變焦鏡頭中，第二透鏡組包括正光焦度的第一透鏡子組和正光焦度的第二透鏡子組，且在該透鏡組中具有作為邊界的最大間隔。第一透鏡子組從物方到像方依次包括兩個(gè)單透鏡、即一非球面的正透鏡和一非球面的負(fù)透鏡。這時(shí)，當(dāng)變焦鏡頭聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)的物體上時(shí)，第一透鏡子組與第二透鏡子組之間在廣角端的間隔被限定為D2abw，整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距被限定為fw，變焦鏡頭的特征在于滿足以下條件0.2＜d2abw/fw＜1.0附圖簡(jiǎn)述圖1A、1B和1C是根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭的光學(xué)剖視圖。
圖2A、2B、2C和2D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭在廣角端的像差。
圖3A、3B、3C和3D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭在中間變焦位置的像差。
圖4A、4B、4C和4D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭在遠(yuǎn)攝端的像差。
圖5A、5B和5C是根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭的光學(xué)剖視圖。
圖6A、6B、6C和6D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭在廣角端的像差。
圖7A、7B、7C和7D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭在中間變焦位置的像差。
圖8A、8B、8C和8D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭在遠(yuǎn)攝端的像差。
圖9A、9B和9C是根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭的光學(xué)剖視圖。
圖10A、10B、10C和10D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭在廣角端的像差。
圖11A、11B、11C和11D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭在中間變焦位置的像差。
圖12A、12B、12C和12D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭在遠(yuǎn)攝端的像差。
圖13A、13B和13C是根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭的光學(xué)剖視圖。
圖14A、14B、14C和14D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭在廣角端的像差。
圖15A、15B、15C和15D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭在中間變焦位置的像差。
圖16A、16B、16C和16D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭在遠(yuǎn)攝端的像差。
圖17是數(shù)碼相機(jī)的示意圖。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明下面結(jié)合


本發(fā)明的一些實(shí)施例。
圖1A、1B和1C是下面將要說明的根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭的透鏡剖視圖。圖2A、2B、2C和2D到圖4A、4B、4C和4D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例1的變焦鏡頭在廣角端、中間變焦位置、和遠(yuǎn)攝端的像差。
圖5A、5B和5C是下面將要說明的根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭的透鏡剖視圖。圖6A、6B、6C和6D到圖8A、8B、8C和8D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例2的變焦鏡頭在廣角端、中間變焦位置、和遠(yuǎn)攝端的像差。
圖9A、9B和9C是下面將要說明的根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭的透鏡剖視圖。圖10A、10B、10C和10D到圖12A、12B、12C和12D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭在廣角端、中間變焦位置、和遠(yuǎn)攝端的像差。
圖13A、13B和13C是下面將說明的根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭的透鏡剖視圖。圖14A、14B、14C和14D到圖16A、16B、16C和16D表示根據(jù)數(shù)字實(shí)施例4的變焦鏡頭在廣角端、中間變焦位置、和遠(yuǎn)攝端的像差。
在圖1A到1C、5A到5C、9A到9C和13A到13C所示的根據(jù)相應(yīng)數(shù)字實(shí)施例的變焦鏡頭的透鏡剖視圖中，L1表示負(fù)屈光度的第一透鏡組(光焦度＝焦距的倒數(shù))，L2表示正屈光度的第二透鏡組，L3表示正屈光度的第三透鏡組，SP表示孔徑光闌。IP表示其上待設(shè)置諸如CCD或MOS之類圖像拾取裝置(光電轉(zhuǎn)換元件)的像平面。G表示與濾光片、分色棱鏡等對(duì)應(yīng)的玻璃塊。
第一透鏡組L1從物方起依次包括正透鏡G11，它在與物方相比的像方的表面的屈光度的絕對(duì)值很大(曲率的絕對(duì)值很大)；彎月形正透鏡G12，它具有面對(duì)物方的凸出的圓表面。正透鏡G11是具有非球面的非球面透鏡。
第二透鏡組L2包括正屈光度的第一透鏡子組L2a和正屈光度的第二透鏡子組L2b，透鏡組中具有作為邊界的最大空氣隙。第一透鏡子組L2a從物方起依次包括具有非球面的正透鏡G2a1和具有非球面的負(fù)透鏡G2a2。在每個(gè)數(shù)字實(shí)施例中，第二透鏡子組包括一正透鏡并可以是一單透鏡元件，但也可包括正屈光度的膠合透鏡。
第一透鏡子組L2a對(duì)于正透鏡G2a1使用具有高折射率和低色散的材料，和對(duì)于負(fù)透鏡G2a2使用具有高折射率和高色散的材料，并能在整個(gè)變焦區(qū)很好地校正軸上色差。
在這個(gè)實(shí)施例中，第二透鏡子組L2b可沿其光軸方向移動(dòng)以對(duì)從無(wú)窮遠(yuǎn)到有限遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行聚焦操作。采用如上所述的所謂內(nèi)調(diào)焦型變焦鏡頭，其中第二透鏡子組L2b被移動(dòng)以方便地進(jìn)行快速調(diào)焦。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)透鏡結(jié)構(gòu)，可使調(diào)焦中的像差波動(dòng)極小。
在這個(gè)實(shí)施例的變焦鏡頭中，從物方起依次設(shè)置的第一透鏡組L1、第二透鏡組L2和第三透鏡組L3被移動(dòng)，以便相對(duì)于廣角端使第一透鏡組L1與第二透鏡組L2之間的間隔在遠(yuǎn)攝端變小，第二透鏡組L2與第三透鏡組L3之間的間隔變大，從而進(jìn)行變焦。在變焦中，第二透鏡組L2被移向物方以改變主焦距，而且第一透鏡組L1實(shí)質(zhì)上以凸面朝向像方的軌跡往復(fù)地移動(dòng)，以便校正焦距變化導(dǎo)致的像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。第二透鏡組L2具有正透鏡G2a1和負(fù)透鏡G2a2，兩者均具有非球面，并能很好地校正焦距變化所導(dǎo)致的任何像差波動(dòng)。
在這個(gè)實(shí)施例的數(shù)字實(shí)施例1、2和4的變焦鏡頭中，在變焦時(shí)，構(gòu)成第二透鏡組L2的第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b在被移向物方的同時(shí)它們之間的間隔略有變化，而在數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭中，第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b被整體地移向物方，而它們之間的間隔不改變。與數(shù)字實(shí)施例1、2和4相似的實(shí)施例中的第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間的間隔被改變，在變焦時(shí)可看成是包括四個(gè)透鏡組的四單元變焦鏡頭，但在本實(shí)施例中，它們作為基本的三單元變焦鏡頭按與數(shù)字實(shí)施例3的變焦鏡頭相同的類型進(jìn)行操作，其中第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間的間隔不改變。當(dāng)然，這只是在本文中的限定，數(shù)字實(shí)施例1、2和4也可稱作四單元變焦鏡頭。
在本實(shí)施例中，即使在第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間的間隔在變焦時(shí)被改變的類型中，在所采用的結(jié)構(gòu)中，第二透鏡子組L2b設(shè)置在與第一透鏡子組L2a同一個(gè)凸輪上，且在進(jìn)行變焦時(shí)通過與第二透鏡組L2操作上相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器在每個(gè)物距上傳送(drive)與第一透鏡子組L2a不同的變化，從而使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。
在本實(shí)施例中，在變焦時(shí)第三透鏡組L3不被移動(dòng)，且對(duì)焦距變化不起作用。但是，它承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)隨著圖像拾取裝置尺寸減小而增加的屈光度的一部分，并減小由第一和第二透鏡組構(gòu)成的短變焦系統(tǒng)的屈光度，以便抑制在構(gòu)成第一透鏡組L1的每個(gè)透鏡中的特定像差的發(fā)生，并實(shí)現(xiàn)好的光學(xué)性能。另外，對(duì)于使用固態(tài)圖像拾取裝置的攝影設(shè)備所需的像方的特定遠(yuǎn)心成像，可通過賦于第三透鏡L3以場(chǎng)透鏡的作用而方便地實(shí)現(xiàn)。不過，構(gòu)成像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的困難程度增加了，但是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的變焦鏡頭并不是不可能的，所以根據(jù)設(shè)計(jì)條件也可省略第三透鏡組L3。
第三透鏡組L3在變焦和聚焦時(shí)是靜止的，以使鏡筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。在本發(fā)明變焦鏡頭的所有數(shù)字實(shí)施例中，在變焦時(shí)第三透鏡組L3是靜止的，但也可被移動(dòng)。因此，鏡筒結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但在變焦時(shí)可方便地減小像差波動(dòng)。
另外，光闌SP被設(shè)置在最接近第二透鏡組L2的物方(緊靠在物方之前)，廣角側(cè)的入瞳與第一透鏡組L1之間的距離被縮小，從而避免構(gòu)成第一透鏡組L1的透鏡外徑的增大。在變焦時(shí)，光闌SP與第二透鏡組L2一起移動(dòng)。
在本發(fā)明的變焦鏡頭中，引人注意的事實(shí)是本發(fā)明的變焦鏡頭“從物方起依次設(shè)有一負(fù)屈光度的透鏡組和一正屈光度的透鏡組，并且兩個(gè)透鏡組之間的間隔是變化的，因此可以改變焦距”，它適于用作基本結(jié)構(gòu)。其基本特征是第二透鏡組L2在第一透鏡子組L2a中具有非球面正透鏡G2a1和非球面負(fù)透鏡G2a2。當(dāng)然，在本發(fā)明的變焦鏡頭中，同時(shí)在本實(shí)施例中，包括有一個(gè)透鏡組接在面對(duì)像方的第二透鏡組L2后的情況，也包括變焦鏡頭只包括兩個(gè)透鏡組的情況。
下面將說明本實(shí)施例的變焦鏡頭所滿足的條件。在本發(fā)明中，優(yōu)選的光學(xué)特性至少滿足以下一個(gè)條件。
(a-1)當(dāng)?shù)谝煌哥R子組L2a中的非球面負(fù)透鏡G2a2的折射率限定為Nn時(shí)，條件1.7＜Nn＜1.95 …(1)被滿足。
條件表達(dá)式(1)用來(lái)通過被這個(gè)條件表達(dá)式規(guī)定折射率的非球面負(fù)透鏡G2a2和位于其物方的非球面正透鏡G2a1增大非球面的作用，并以良好的平衡校正彗差。
在低于條件表達(dá)式(1)的下限值的情況中，非球面的校正作用將不足，這是不好的。另一方面，在這種高折射率材料超過上限值的情況下，它將難以在非球面中工作，這是不可取的。
更優(yōu)選的是，條件表達(dá)式(1)的數(shù)值范圍可設(shè)置如下1.82＜Nn＜1.85 …(1a)(a-2)當(dāng)?shù)谝煌哥R子組L2a中的正透鏡G2a1和負(fù)透鏡G2a2的阿貝數(shù)分別限定為νp和νn時(shí)，條件15＜νn-νp …(2)被滿足。
條件表達(dá)式(2)是主要用于減小由焦距變化導(dǎo)致的色差波動(dòng)的條件。在條件表達(dá)式(2)的下限值之下的情況中，將難以在整個(gè)變焦區(qū)內(nèi)很好地校正色差。
更優(yōu)選的是，條件表達(dá)式(2)的數(shù)值范圍可設(shè)置如下20＜νn-νp …(2a)(a-3)當(dāng)從第一透鏡子組L2a中的正透鏡G2a1的像方表面到負(fù)透鏡G2a2的像方表面的軸上距離被限定為D2a時(shí)，條件0.1＜D2a/fw＜0.3…(3)被滿足。
條件表達(dá)式(3)與構(gòu)成第一透鏡子組L2a的正透鏡G2a1和負(fù)透鏡G2a2之間的間隔以及負(fù)透鏡G2a2本身的厚度相關(guān)。
如果該距離變得超過條件表達(dá)式(3)的下限值而變得很小，則校正廣角區(qū)內(nèi)像場(chǎng)周圍彗差將很難。如果該距離變得太大而超過條件表達(dá)式(3)的上限值，則整個(gè)第一透鏡子組L2a在軸上的厚度將變得很大，于是埋入的鏡筒長(zhǎng)度將變得很大，這是不好的。
更優(yōu)選的是，條件表達(dá)式(3)的數(shù)值范圍可設(shè)置如下0.15＜D2a/fw＜0.21 …(3a)(a-4)當(dāng)?shù)谝煌哥R子組L2a中的非球面負(fù)透鏡G2a2的物方和像方表面的曲率半徑分別被限定為Rn1和Rn2時(shí)，條件0.5＜(Rn1+Rn2)/(Rn1-Rn2)＜1.8 …(4)被滿足。
條件表達(dá)式(4)與非球面負(fù)透鏡G2a2的形狀因數(shù)(透鏡形狀)相關(guān)，并且與第二透鏡組L2中的兩個(gè)非球面的像差校正作用一起用作完滿地校正像差的條件。
如果條件表達(dá)式(4)的上限值或下限值被超出，則將難以在廣角區(qū)內(nèi)校正彗差暈輪光，這是不好的。
優(yōu)選的是，條件表達(dá)式(4)的數(shù)值范圍可設(shè)置為0.6＜(Rn1+Rn2)/(Rn1-Rn2)＜1.4…(4a)(a-5)當(dāng)?shù)谝煌哥R子組L2a中的非球面正透鏡G2a1的焦距被限定為f2P、且非球面負(fù)透鏡G2a2的焦距被限定為f2n時(shí)，條件-1.0＜f2P/f2n＜-0.6…(5)被滿足。
條件表達(dá)式(5)與第一透鏡子組L2a中設(shè)置在物方的正透鏡G2a1和負(fù)透鏡G2a2的焦距間的比值相關(guān)，并且是通過少量的透鏡很好地校正軸上色差的條件。
通過第一透鏡子組L2a中每個(gè)透鏡的非球面，即使使用少量的透鏡也能將色差以外的其它像差很好地校正，但是要較好地校正軸上色差則必需滿足條件表達(dá)式(5)。如果正透鏡G2a1和負(fù)透鏡G2a2之間的光焦度比(屈光度比)的平衡被打破且超出了條件表達(dá)式(5)的上限值或下限值，則特別在遠(yuǎn)攝區(qū)內(nèi)的軸上色差的校正將變得很困難。
更優(yōu)選地是，條件表達(dá)式(5)的數(shù)值范圍可設(shè)定為-0.9＜f2P/f2n＜-0.7 …(5a)(a-6)當(dāng)變焦鏡頭對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)物體進(jìn)行聚焦時(shí)，在第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間在廣角端的間隔被限定為d2bw、且整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距被限定為fw時(shí)，條件0.2＜d2abw/fw＜1.0 …(6)被滿足。
條件表達(dá)式(6)借助在廣角端的焦距使第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間在廣角端的間隔標(biāo)準(zhǔn)化。
如果第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間的間隔變得太大而超出條件表達(dá)式(6)的上限值，則在驅(qū)動(dòng)第二透鏡子組L2b時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將變得很苯重，這是不好的。如果第一透鏡子組L2a和第二透鏡子組L2b之間的間隔變得太小而超出條件表達(dá)式(6)的下限值，則在廣角端的出瞳的位置將變得很短，而陰影的影響將變得很大，這是不好的。
更優(yōu)選地是，條件表達(dá)式(6)的數(shù)值范圍可設(shè)定為0.3＜d2abw/fw＜0.6 …(6a)本發(fā)明的另一方面規(guī)定，除了前述的基本結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明還滿足條件表達(dá)式(6)。
(a-7)當(dāng)?shù)谝煌哥R組L1的焦距被限定為f1和第二透鏡子組L2b的焦距被限定為f2b時(shí)，條件-2.5＜f1/fw＜-1.5 …(7)2.5＜f2b/fw＜6.5 …(8)被滿足。
條件表達(dá)式(7)借助在廣角端的焦距標(biāo)準(zhǔn)化第一透鏡組L1的焦距。如果第一透鏡組L1的光焦度(屈光度)太強(qiáng)而超過條件表達(dá)式(7)的上限值，則難以校正廣角區(qū)內(nèi)像場(chǎng)周圍的彗差。如果第一透鏡組L1的光焦度太弱而超過條件表達(dá)式(7)的下限值，則透鏡的總長(zhǎng)度將增大，這是不好的。
條件表達(dá)式(8)借助在廣角端的焦距標(biāo)準(zhǔn)化第二透鏡子組L2b的焦距。如果第二透鏡子組L2b的光焦度變?nèi)醵^條件表達(dá)式(8)的上限值，則為了在廣角區(qū)中得到預(yù)定長(zhǎng)度的出瞳，透鏡的總長(zhǎng)度將增大。另一方面，如果第二透鏡子組L2b的光焦度太強(qiáng)而超過條件表達(dá)式(8)的下限值，則難以在遠(yuǎn)攝區(qū)內(nèi)校正像差。
更優(yōu)選地是，條件表達(dá)式(7)和(8)的數(shù)值范圍可設(shè)定為-2.2＜f1/fw＜-1.7…(7a)3.1＜f2b/fw＜5.7 …(8a)下面將具體地說明數(shù)字實(shí)施例1-4的變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)。
在數(shù)字實(shí)施例1-4中，第一透鏡組L1包括兩個(gè)單個(gè)透鏡、即一負(fù)彎月形透鏡，它在其物方具有凸表面，在其像方具有非球面；一正彎月形透鏡，它在其物方具有凸表面。
在數(shù)字實(shí)施例1-4中，第一透鏡子組L2a包括兩個(gè)單個(gè)透鏡、即一雙凸透鏡，與像方相比，它的物方表面的屈光度的絕對(duì)值很大(曲率的絕對(duì)值大)，并在物方具有非球面；及一負(fù)透鏡，與物方相比，它的像方表面的屈光度的絕對(duì)值很大(曲率的絕對(duì)值大)，并在像方具有非球面。在數(shù)字實(shí)施例1和2中，第一透鏡子組L2a的非球面負(fù)透鏡是在其物方具有凸面的彎月形負(fù)透鏡，而在數(shù)字實(shí)施例3和4中是雙凹負(fù)透鏡。
在數(shù)字實(shí)施例1-4中，第三透鏡組L3具有與像方相比其物方表面的屈光度的絕對(duì)值大(曲率的絕對(duì)值大)的正透鏡。
在數(shù)字實(shí)施例1-4中，第二透鏡子組L2b是雙凸正透鏡。如前所述，第二透鏡子組L2b可由包括正透鏡和負(fù)透鏡的膠合透鏡構(gòu)成。
在變焦時(shí)，在數(shù)字實(shí)施例1中，第一透鏡子組L2a與第二透鏡子組L2b之間的間隔在遠(yuǎn)攝端比在廣角端減小。在數(shù)字實(shí)施例2和4中，前述間隔一經(jīng)從廣角端向遠(yuǎn)攝端減小，而后則會(huì)增加。此時(shí)，空氣隙在遠(yuǎn)攝端略大于廣角端。在數(shù)字實(shí)施例3中，該間隔不變化。
在數(shù)字實(shí)施例1-4中，利用第二透鏡子組L2b進(jìn)行調(diào)焦，但也可利用其它透鏡組(第一透鏡子組L2a或第三透鏡組)進(jìn)行調(diào)焦。
下面將示出數(shù)字實(shí)施例1-4的數(shù)值數(shù)據(jù)。在每個(gè)數(shù)字實(shí)施例中，i表示距物方的次序，Ri表示第i面的曲率半徑，Di表示第i面與第(i+1)面之間部件的厚度或空氣隙，Ni和νi分別表示對(duì)于d譜線的第i部件的折射率和阿貝數(shù)。兩個(gè)最接近像方的表面是與水晶低通濾波器、紅外截止濾波器之類對(duì)應(yīng)的玻璃塊G。當(dāng)沿光軸方向在高度為H的位置以表面頂點(diǎn)作參考距光軸的位移是X時(shí)，非球面形狀由下式表達(dá)X=(1/R)H21+1-(1+k)(H/R)2+AH2+BH4+CH6+DH8+EH10]]>其中，R表示傍軸曲率半徑，k表示錐面常數(shù)，A、B、C、D、E是非球面系數(shù)。是指“X10-X”。
另外，前述條件表達(dá)式與數(shù)字實(shí)施例中各種數(shù)值之間的關(guān)系示于下面的表1中。
數(shù)字實(shí)施例1f＝4.49-8.61Fno＝2.88-4.062ω＝73.5-42.5R1＝23.917 D1＝1.20 N1＝1.740130ν1＝49.2R2＝2.886 D2＝1.60R3＝5.281 D3＝1.60 N2＝1.846660ν2＝23.9R4＝9.254 D4＝可變R5＝光闌D5＝0.59R6＝4.312 D6＝2.00 N3＝1.687070ν3＝52.6R7＝-13.960 D7＝0.20R8＝38.775 D8＝0.70 N4＝1.832430ν4＝23.9R9＝4.626 D9＝可變R10＝21.802 D10＝1.50 N5＝1.487490ν5＝70.2R11＝-10.430D11＝可變R12＝13.248 D12＝1.50 N6＝1.487490ν6＝70.2R13＝-137.542 D13＝1.00R14＝∞ D14＝2.61 N7＝1.516330ν7＝64.2
R15＝∞ 非球面系數(shù)第二表面k＝-1.27013e+00 A＝0 B＝3.61084e-03 C＝3.06032e-05D＝-1.41272e-06 E＝1.48507-07第六表面k＝5.83107e-01 A＝0 B＝-1.56459e-03 C＝-2.01242e-06D＝-2.53760e-06 E＝0.00000e+00第九表面k＝0.00000e+00 A＝0 B＝2.65830e-03 C＝-1.66959e-05D＝-1.78743e-05 E＝1.01857e-05數(shù)字實(shí)施例2f＝4.65-8.86 Fno＝2.88-4.132ω＝71.6-41.4R1＝17.410D1＝1.20 N1＝1.740130 ν1＝49.2R2＝2.907 D2＝1.81R3＝5.519 D3＝1.60 N2＝1.846660 ν2＝23.9R4＝9.477 D4＝可變R5＝光闌 D5＝0.59R6＝4.065 D6＝2.00 N3＝1.687070 ν3＝52.6R7＝-13.092 D7＝0.20R8＝48.205D8＝0.70 N4＝1.832430 ν4＝23.9R9＝4.471 D9＝可變R10＝43.811 D10＝1.50 N5＝1.487490 ν5＝70.2R11＝-12.023 D11＝可變R12＝13.248 D12＝1.50 N6＝1.696797 ν6＝55.5R13＝-446.589 D13＝1.00R14＝∞ D14＝2.61 N7＝1.516330 ν7＝64.2R15＝∞ 非球面系數(shù)第二表面k＝-1.62957e+00 A＝0 B＝5.23543e-03 C＝-4.56125e-05D＝8.70345e-07 E＝1.10972e-07第六表面k＝4.26982e-01 A＝0 B＝-1.65814e-03 C＝-1.30170e-04D＝-1.60072e-05 E＝5.41461e-07第九表面k＝0.00000e+00 A＝0 B＝3.12173e-03 C＝2.55268e-04D＝-6.67470e-05 E＝1.70497e-05數(shù)字實(shí)施例3f＝4.65-8.86 Fno＝2.88-4.082ω＝71.5-41.4R1＝25.960D1＝1.20 N1＝1.740130 ν1＝49.2R2＝3.125 D2＝1.61R3＝5.787 D3＝1.70 N2＝1.846660 ν2＝23.9R4＝11.186D4＝可變R5＝光闌 D5＝0.70R6＝4.000 D6＝2.00 N3＝1.743300 ν3＝49.3R7＝-11.431 D7＝0.20R8＝-27.218 D8＝0.70 N4＝1.832430 ν4＝23.9R9＝4.828 D9＝2.21R10＝44.071 D10＝1.30 N5＝1.622296 ν5＝53.2R11＝-17.547 D11＝可變R12＝11.053 D12＝1.60 N6＝1.696797 ν6＝55.5R13＝136.453 D13＝1.25R14＝∞ D14＝1.60 N7＝1.516330 ν7＝64.1R15＝∞ 非球面系數(shù)第二表面k＝-1.18040e+00 A＝0 B＝2.21207e-03 C＝6.47021e-05D＝-5.03611e-06 E＝2.27215e-07第六表面k＝3.15667e-01 A＝0 B＝-1.17160e-03 C＝-9.96037e-05D＝-9.51895e-06 E＝-5.32423e-07第九表面k＝0.00000e+00 A＝0 B＝4.07929e-03 C＝4.90436e-04D＝-9.55969e-05 E＝1.90100e-05數(shù)字實(shí)施例4f＝5.02-12.01 Fno＝2.88-4.67 2ω＝7.4-31.2R1＝74.098 D1＝1.30 N1＝1.802380 ν1＝40.8R2＝3.845 D2＝1.49R3＝7.209 D3＝1.90 N2＝1.846660 ν2＝23.9R4＝23.714 D4＝可變R5＝光闌D5＝0.70R6＝4.095 D6＝2.20 N3＝1.743300 ν3＝49.3R7＝-18.137 D7＝0.20R8＝-75.585 D8＝0.70 N4＝1.832430 ν4＝23.9R9＝4.673 D9＝可變R10＝34.980 D10＝1.20 N5＝1.772499 ν5＝49.6R11＝-55.825D11＝可變R12＝11.631 D12＝1.90 N6＝1.487490 ν6＝70.2R13＝-38.409D13＝0.60R14＝∞ D14＝2.61 N7＝1.516330 ν7＝64.2R15＝∞ D4 10.764.411.91D9 2.43 2.342.55D112.70 7.0711.13非球面系數(shù)第二表面k＝-1.00189e+00 A＝0 B＝6.23845e-04 C＝3.20633e-06D＝1.92007e-08 E＝-4.78566e-09第六表面k＝1.65207e-01 A＝0 B＝-6.64943e-04 C＝-1.05354e-05D＝-1.76516e-05 E＝-7.92638e-07第九表面k＝0.00000e+00 A＝0 B＝3.57839e-03 C＝6.52624e-04D＝-1.37864e-04 E＝2.444000e-05表1
根據(jù)上述的實(shí)施例可提供一種變焦鏡頭，其中，每個(gè)透鏡組中的透鏡的結(jié)構(gòu)和在變焦時(shí)移動(dòng)各透鏡組的方法被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置，從而能減少整個(gè)系統(tǒng)的透鏡數(shù)量和縮短透鏡的總長(zhǎng)度，該變焦鏡頭還具有2到2.5倍的可變倍率、亮度高、并具有良好的光學(xué)性能，該變焦鏡頭適用于使用諸如將廣角區(qū)作為變焦范圍的數(shù)字靜物照相機(jī)或攝像機(jī)的圖像拍攝裝置的攝相機(jī)的拍攝光學(xué)系統(tǒng)。
使用本發(fā)明的變焦鏡頭作為拍攝光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)的實(shí)施例將結(jié)合圖17予以說明。
在圖17中，標(biāo)號(hào)10表示照相機(jī)主體，標(biāo)號(hào)11表示由本發(fā)明的變焦鏡頭構(gòu)成的拍攝光學(xué)系統(tǒng)，標(biāo)號(hào)12表示設(shè)置在照相機(jī)主體內(nèi)的頻閃燈，標(biāo)號(hào)13表示外部取景器，標(biāo)號(hào)14表示快門按鈕。由拍攝光學(xué)系統(tǒng)形成的物體的像形成在諸如CCD或CMOS之類的固態(tài)圖像拾取裝置(未示出)的光接收表面上。被固態(tài)圖像拾取裝置光電轉(zhuǎn)換的物體信息被作為數(shù)字信息記錄下來(lái)。
如上所述，通過將前述實(shí)施例的變焦鏡頭應(yīng)用到諸如數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)設(shè)備上，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)設(shè)備小型化并具有良好的光學(xué)特性。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，它從物方到像方依次包括一負(fù)光焦度的第一透鏡組；以及一正光焦度的第二透鏡組，它從物方到像方依次具有一非球面正透鏡和一非球面負(fù)透鏡；其中，所述變焦鏡頭通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔進(jìn)行變焦。
2.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件1.75＜Nn＜1.95其中，Nn是所述第二透鏡組中非球面負(fù)透鏡的材料的折射率。
3.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件15＜νn-νp其中，νn和νp分別是第二透鏡組中非球面正透鏡和非球面負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)。
4.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件0.1＜D2a/fw＜0.3其中，D2a是從所述第二透鏡組中非球面正透鏡的像方表面到所述非球面負(fù)透鏡的像方表面的軸上距離，fw是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距。
5.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中在所述第二透鏡組中，非球面負(fù)透鏡具有彎月形或雙凹形狀、它的像方表面的光焦度絕對(duì)值大于其物方表面的光焦度絕對(duì)值。
6.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件0.5＜(Rn1+Rn2)/(Rn1-Rn2)＜1.8其中，Rn1和Rn2分別是所述第二透鏡組中非球面負(fù)透鏡的物方表面和像方表面的曲率半徑。
7.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件-1.0＜f2P/f2n＜-0.6其中，f2P是所述第二透鏡組中非球面正透鏡的焦距，f2n是非球面負(fù)透鏡的焦距。
8.如權(quán)利要求1的變焦鏡頭，它在固態(tài)圖像拾取裝置上形成圖像。
9.一種變焦鏡頭，它從物方到像方依次包括:一負(fù)光焦度的第一透鏡組；以及一正光焦度的第二透鏡組，它包括正光焦度的第一透鏡子組和正光焦度的第二透鏡子組，且在透鏡組中具有作為邊界的最大間隔，第一透鏡子組從物方到像方依次具有非球面正透鏡和非球面負(fù)透鏡兩個(gè)單透鏡；其中，所述變焦鏡頭通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔進(jìn)行變焦；而且其中，所述變焦鏡頭滿足以下條件0.2＜d2abw/fw＜1.0其中d2abw是當(dāng)變焦鏡頭對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)物體進(jìn)行聚焦時(shí)，所述第一透鏡子組和第二透鏡子組之間在廣角端的間隔，fw是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距。
10如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡組從物方到像方依次包括其形狀為像方表面的折射率絕對(duì)值比物方表面的折射率絕對(duì)值大的非球面負(fù)透鏡，和具有其凸表面面對(duì)物方的彎月形正透鏡。
11.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡子組與所述第二透鏡子組之間的間隔在從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)被改變。
12.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述第二透鏡子組是包括單透鏡或膠合透鏡的透鏡部件。
13.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其在所述第一透鏡子組的物方有一孔徑光闌。
14.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件-2.5＜f1/fw＜-1.52.5＜f2b/fw＜6.5其中f1是所述第一透鏡組的焦距，f2b是第二透鏡子組的焦距。
15.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件0.1＜D2a/fw＜0.3其中D2a是從所述第二透鏡組中的非球面正透鏡的像方表面到非球面負(fù)透鏡的像方表面的軸上距離。
16.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件15＜νn-νp其中，νn和νp分別是第二透鏡組中非球面正透鏡和非球面負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)。
17.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件1.75＜Nn＜1.95其中，Nn是所述第二透鏡組中非球面負(fù)透鏡的材料的折射率。
18.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件0.5＜(Rn1+Rn2)/(Rn1-Rn2)＜1.8其中，Rn1和Rn2分別是所述第二透鏡組中非球面負(fù)透鏡的物方表面和像方表面的曲率半徑。
19.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭滿足以下條件-1.0＜f2P/f2n＜-0.6其中，f2P和f2n分別是所述第二透鏡組中非球面正透鏡和非球面負(fù)透鏡的焦距。
20.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，還包括一正光焦度的第三透鏡組，它位于所述第二透鏡組的像方；其中，所述變焦鏡頭通過移動(dòng)透鏡組進(jìn)行變焦，以便在廣角端使所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間的間隔能變小、而在遠(yuǎn)攝端使所述第二透鏡組與所述第三透鏡組之間的間隔能變大。
21.如權(quán)利要求20的變焦鏡頭，其中所述第三透鏡組包括其物方表面的光焦度絕對(duì)值比其像方表面的光焦度絕對(duì)值大的單透鏡。
22.如權(quán)利要求20的變焦鏡頭，其中所述第三透鏡組在變焦時(shí)不被移動(dòng)。
23.如權(quán)利要求9的變焦鏡頭，其中它在固態(tài)圖像拾取裝置上形成圖像。
24.一種攝相機(jī)，其具有一如權(quán)利要求1的變焦鏡頭；及一固態(tài)圖像拾取裝置，用于接收所述變焦鏡頭形成的像。
25.一種攝相機(jī)，其包括一如權(quán)利要求9的變焦鏡頭；及一固態(tài)圖像拾取裝置，用于接收所述變焦鏡頭形成的像。
全文摘要
一種變焦鏡頭，它從物方到像方依次包括一負(fù)光焦度的第一透鏡組和一正光焦度的第二透鏡組。通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔進(jìn)行變焦。第二透鏡組從物方到像方依次包括一非球面的正透鏡和一非球面的負(fù)透鏡。
文檔編號(hào)G02B15/177GK1395144SQ0212627
公開日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月8日
發(fā)明者伊藤良紀(jì) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社