專(zhuān)利名稱(chēng)：變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的攝像設(shè)備，其中該變焦鏡頭適用于廣播電視攝像機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和鹵化銀膠片照相機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)于諸如廣播電視攝像機(jī)、鹵化銀膠片照相機(jī)、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和攝像機(jī)等的攝像設(shè)備用的具有大孔徑比、高變焦比和高光學(xué)性能的變焦鏡頭已存在需求。作為變焦比高的變焦鏡頭，已知如下的正引導(dǎo)遠(yuǎn)攝型四單元變焦鏡頭在該變焦鏡頭中，總共設(shè)置四個(gè)透鏡單元并且透鏡單元中最靠近物體側(cè)的一個(gè)透鏡單元具有正屈光力。 例如，已知包括如下部件的四單元變焦鏡頭第一透鏡單元，其具有調(diào)焦用的正屈光力；第二透鏡單元，其具有變倍用的負(fù)屈光力；第三透鏡單元，其具有校正像面變動(dòng)用的負(fù)屈光力；以及第四透鏡單元，其具有成像用的正屈光力。通常，為了獲得較高的變焦比，如果遠(yuǎn)攝端的焦距被設(shè)定得較長(zhǎng)，則遠(yuǎn)射側(cè)的各種像差中的軸上色像差增大。如果廣角端的焦距被設(shè)定得較短，則廣角側(cè)的各種像差中的倍率色像差增大。在一階光譜和二階光譜中均對(duì)色像差進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ龑?duì)于獲得高質(zhì)量圖像性能而言非常重要。作為降低這種色像差的發(fā)生的方法，通常眾所周知有如下的方法利用具有異常色散性的光學(xué)材料的消色方法；以及利用衍射光柵的消色方法(參見(jiàn)日本特開(kāi)2006-349947)。此外，即使環(huán)境溫度改變，光學(xué)性能的變動(dòng)(特別是調(diào)焦變動(dòng))也期望較小。已知如下的技術(shù)通過(guò)采用變倍光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于變焦鏡頭內(nèi)的預(yù)定間隔可以進(jìn)行插拔的結(jié)構(gòu)，能夠容易地在電視攝像機(jī)用的變焦鏡頭中改變變倍范圍。日本特許3，513，264提出了一種變焦鏡頭，其中在該變焦鏡頭中，即使當(dāng)變倍光學(xué)系統(tǒng)插入時(shí)，也在降低軸上色像差的二階光譜的同時(shí)抑制由于溫度變化所引起的散焦。具有上述結(jié)構(gòu)的正引導(dǎo)型四單元變焦鏡頭可以相對(duì)容易地獲得高變焦比。為了在該四單元變焦鏡頭中獲得高光學(xué)性能，適當(dāng)?shù)匦Ｕ龔V角端的倍率色像差和遠(yuǎn)攝端的軸上色像差是非常重要的。如果使用具有異常色散性的光學(xué)材料，則可以容易地對(duì)倍率色像差和軸上色像差進(jìn)行適當(dāng)校正。然而，通常，諸如樹(shù)脂和塑料等具有異常色散性的有機(jī)材料的由于溫度變化所引起的折射率變化的值dn/dT較大，大約是玻璃的1(Γ200倍。因此，當(dāng)為了獲得色像差校正效果而使用由具有強(qiáng)屈光力的有機(jī)材料制成的光學(xué)元件時(shí)，降低由于環(huán)境溫度變化所引起的光學(xué)系統(tǒng)的散焦(像面移位)非常重要。為了降低由于環(huán)境溫度變化所引起的光學(xué)系統(tǒng)的散焦，需要將由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量維持得較小
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的攝像設(shè)備，其中該變焦鏡頭能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ龔膹V角端到遠(yuǎn)攝端的整個(gè)變焦范圍內(nèi)的色像差，且具有高變焦比和整個(gè)變焦范圍內(nèi)的高光學(xué)性能，并且即使環(huán)境溫度變化，該變焦鏡頭的調(diào)焦變動(dòng)也較少。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，提供了一種變焦鏡頭，其從物體側(cè)依次包括第一透鏡單元，其具有正屈光力，并且在變倍期間不移動(dòng)；第二透鏡單元，其具有負(fù)屈光力，并且在變倍期間在光軸方向上移動(dòng)；第三透鏡單元，其在變倍期間在所述光軸方向上移動(dòng)；以及第四透鏡單元，其具有正屈光力，并且在變倍期間不移動(dòng)， 其中所述第四透鏡單元從物體側(cè)依次包括具有正屈光力的第一副透鏡單元和具有正屈光力的第二副透鏡單元；所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元通過(guò)所述第四透鏡單元中最大的空氣間隔所隔開(kāi)；所述第二副透鏡單元包括至少一個(gè)具有正屈光力的折射光學(xué)元件；在V dm= (Nd-I) / (NF-NC)且 Θ gFm= (Ng-NF) / (NF-NC)的情況下，滿足以下條件
-2. 100 X I(T3 X v dm+0. 693< Θ gFm,并且O. 555< Θ gFm〈0. 900，其中，“ Θ gFm”和“ V dm”分別表示所述折射光學(xué)元件的部分色散比和阿貝常數(shù)，并且“Ng”、“NF”、“Nd”和“NC”分別表示針對(duì)g線、F線、d線和C線的折射率；對(duì)于除所述第二副透鏡單元中所包括的具有正屈光力的所述折射光學(xué)元件之外的透鏡而言，所述第三透鏡單元、所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元各自滿足以下條件IJx 10'5<Ii.j(fpyX(dn/dT)pij)/Iifi<3.0xIO'5,其中 i=3，4a，4b 且 j =1，2，·…，Spi,并且-4.0X1I(Γ\ 其中 i=3，4a，4b 且 j =I，2，· · ·，Srii，其中，“cppisl”表示第i透鏡單元中從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力，“φηΜ”表示第i透鏡單元中從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力，“<Pi”表示第i透鏡單元的屈光力，“(dn/dT)Pij”表示第i透鏡單元中從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的具有正屈光力的透鏡當(dāng)中的除所述折射光學(xué)元件之外的具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的、空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)即-20°c 40°C范圍內(nèi)的平均值，“ (dn/dT)nij”表示第i透鏡單元中從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的、空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)即-20°C 40°C范圍內(nèi)的平均值，“SPi”表示除所述折射光學(xué)元件之外的第i透鏡單元中具有正屈光力的透鏡的數(shù)量，“Sn/’表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的透鏡的數(shù)量。一種攝像設(shè)備，其包括根據(jù)上述變焦鏡頭。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的攝像設(shè)備，其中該變焦鏡頭在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有高光學(xué)性能，并且即使環(huán)境溫度變化，該變焦鏡頭的光學(xué)性能也較少變動(dòng)。從下面參照附圖對(duì)典型實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。



圖I是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)處的廣角端處的變焦鏡頭的截面圖。圖2A是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I的物體距離為2. 5m時(shí)的廣角端的縱像差圖。圖2B是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I的物體距離為2. 5m時(shí)的焦距31. 67mm處的縱像差圖。圖2C是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I的物體距離為2. 5m時(shí)的遠(yuǎn)攝端的縱像差圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)處的廣角端處的變焦鏡頭的截面圖。圖4A是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的物體距離為2. 5m時(shí)的廣角端的縱像差圖。圖4B是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的物體距離為2. 5m時(shí)的焦距31. 67mm處的縱像差圖。圖4C是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的物體距離為2. 5m時(shí)的遠(yuǎn)攝端的縱像差圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)處的廣角端處的變焦鏡頭的截面圖。圖6A是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的物體距離為3. Om時(shí)的廣角端的縱像差圖。圖6B是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的物體距離為3. Om時(shí)的焦距37. 21mm處的縱像差圖。圖6C是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的物體距離為3. Om時(shí)的遠(yuǎn)攝端的縱像差圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)處的廣角端處的變焦鏡頭的截面圖。圖8A是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例4的物體距離為2. 5m時(shí)的廣角端的縱像差圖。圖8B是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例4的物體距離為2. 5m時(shí)的焦距63. 25mm處的縱像差圖。圖8C是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例4的物體距離為2. 5m時(shí)的遠(yuǎn)攝端的縱像差圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的主要部分的示意圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭中的倍率色像差的校正原理的示意圖。圖11是示出阿貝(Abbe)常數(shù)vd和部分色散比Θ gF之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例首先，描述各實(shí)施例的鏡頭結(jié)構(gòu)的特征。根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭從物體側(cè)到圖像側(cè)依次包括第一透鏡單元U1，其具有正屈光力，并且在變焦期間該第一透鏡單元Ul不移動(dòng)；以及第二透鏡單元U2，其具有負(fù)屈光力，并且在從廣角端(短焦距端)向遠(yuǎn)攝端(長(zhǎng)焦距端)進(jìn)行變焦期間，該第二透鏡單元U2向著圖像側(cè)移動(dòng)。另外，變焦鏡頭包括第三透鏡單元U3，其具有負(fù)屈光力，并且該第三透鏡單元U3隨著第二透鏡單元U2的移動(dòng)而在光軸上一起移動(dòng)，以校正由于變倍而引起的像面變動(dòng)；以及第四透鏡單元U4，其具有成像用的正屈光力，并且在變焦期間該第四透鏡單元U4不移動(dòng)。第四透鏡單元U4包括以距離最大的空氣間隔的相應(yīng)側(cè)為邊界的具有正屈光力的第一副透鏡單元U4a和具有正屈光力的第二副透鏡單元U4b。另外，第四透鏡單元U4包括變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT，該變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT相對(duì)于第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b之間的光路能夠進(jìn)行插拔，以改變整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距范圍。接著，描述本發(fā)明的條件表達(dá)式。F線相對(duì)于C線的軸上色像差和倍率色像差分別被定義為軸上色像差的一階光譜和倍率色像差的一階光譜。另外，將一階光譜校正為零之后所剩余的g線相對(duì)于F線的軸上色像差和倍率色像差分別被定義為軸上色像差的二階光譜和倍率色像差的二階光譜。整個(gè)透鏡系統(tǒng)的軸上色像差系數(shù)L和倍率色像差系數(shù)T由以下的表達(dá)式(I)和表達(dá)式⑵示出。
L=Z(hJxh— χφ—i/v—i) ... (I)
Τ=Σ(1ι—ixh—bar—ix<p—i/v—i)…(2)其中，“h_i”表示近軸光線軌跡中的第i個(gè)薄透鏡的軸上光線相對(duì)于光軸的高度，“h_bar_i”表示近軸光線軌跡中的第i個(gè)薄透鏡的軸外光線相對(duì)于光軸的高度，“Cp—i”表示近軸光線軌跡中的第i個(gè)薄透鏡的屈光力，“ v_i”表示近軸光線軌跡中的第i個(gè)薄透鏡的阿貝常數(shù)。在下面的描述中，除非特別說(shuō)明，否則序數(shù)表示相對(duì)于物體側(cè)的鏡頭內(nèi)的配置順序。另外，整個(gè)透鏡系統(tǒng)的軸上色像差量Af和倍率色像差量ΛΥ由以下的表達(dá)式(3)和表達(dá)式(4)示出。Af=-fXL. . . (3)AY=-YXT. . . (4)其中，“f ”表示整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，“Y”表示像高。這里，表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)中所使用的阿貝常數(shù)V」的部分色散被假定為“Ng-NF”，其中Ng表示g線(435. 8nm)用的折射率，NF表示F線(486. Inm)用的折射率。然后，表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)分別表示軸上色像差的二階光譜的色像差系數(shù)和倍率色像差的二階光譜的色像差系數(shù)，并且表達(dá)式(3)和表達(dá)式(4)分別表示軸上色像差的二階光譜量和倍率色像差的二階光譜量。從表達(dá)式(I)和表達(dá)式(3)可以理解，各透鏡的軸上色像差的二階光譜的分配值與軸上光線的高度的平方、透鏡的屈光力以及g線和F線之間的折射率差成比例地增大。從表達(dá)式(2)和表達(dá)式(4)可以理解，各透鏡的倍率色像差的二階光譜的分配值與軸上光線的高度、軸外光線的高度、透鏡屈光力以及g線和F線之間的折射率差成比例地增大。另外，從表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)可以理解，g線相對(duì)于F線的軸上色像差系數(shù)的針對(duì)各透鏡的分配值與g線相對(duì)于F線的倍率色像差系數(shù)的針對(duì)各透鏡的分配值之間的比是通過(guò)軸上光線的高度和軸外光線的高度之間的比來(lái)確定的。在傳統(tǒng)的變焦鏡頭中，如果如圖10所示廣角端的倍率色像差的一階光譜被設(shè)定為零，則倍率色像差的二階光譜趨于保持為正。為了校正這種情況，僅需配置由g線和F線之間的折射率差的絕對(duì)值較大的材質(zhì)所制成的透鏡以使其具有適當(dāng)?shù)那饬Σ⒃撏哥R插入到如下的位置，其中在該位置處，所獲得的軸上光線的高度與軸外光線的高度的積較大并且所獲得的軸上光線與軸外光線之間的高度的比是適當(dāng)?shù)摹Ｒ蚨?，可以保持廣角端的軸上色像差和倍率色像差之間的二階光譜的校正的適當(dāng)平衡，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正。在下文中，描述了用以同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正的條件。在根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭中，至少一個(gè)具有正屈光力的折射光學(xué)元件GNL被布置在第二副透鏡單元U4b中。這是因?yàn)榈诙蓖哥R單元U4b的軸上光線的高度和軸外光線的高度的積較大，并且軸外光線的高度相對(duì)于軸上光線的高度的比較大。更加優(yōu)選地，將折射光學(xué)元件GNL布置在第二副透鏡單元U4b中滿足以下條件表達(dá)式(5)的位置處。條件表達(dá)式(5)規(guī)定了穿過(guò)透鏡GNL的軸外光線相對(duì)于光軸的高度h_bar_m與穿過(guò)透鏡GNL的軸 上光線相對(duì)于光軸的高度h_m的比。O. 05〈h_bar_m/h_m〈l. 5. . . (5)因此，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正。如果該值落到條件表達(dá)式(5)的范圍之外，則特別地，難以保持廣角端的軸上色像差和倍率色像差之間的二階光譜的平衡。更優(yōu)選地，將條件表達(dá)式(5)的數(shù)值范圍設(shè)定為如以下的條件表達(dá)式(5a)。O. l〈h_bar_m/h_m〈0. 5. . . (5a)優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(6)和條件表達(dá)式(7)。表達(dá)式(6)和表達(dá)式(7)規(guī)定了折射光學(xué)元件GNL的部分色散比QgFm和阿貝常數(shù)vdm之間的關(guān)系。-2. 100X KT3X v dm+0. 693< Θ gFm. · · (6)O. 555< Θ gFm〈0. 900. . . (7)阿貝常數(shù)V dm以及關(guān)于g線和F線的部分色散比Θ gFm如下所示。V dm= (Nd-I) / (NF-NC)Θ gFm= (Ng-NF) / (NF-NC)其中，“Ng”、“NF”、“Nd”以及“NC”分別表示針對(duì)夫瑯和費(fèi)(Fraunhofer)線的g線(435. 8nm)、F 線(486. lnm)、d 線(587. 6nm)以及 C 線(656. 3nm)的折射率。因而，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正。條件表達(dá)式￠)以部分色散的基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)規(guī)定了要使用的光學(xué)材料的針對(duì)g線和F線的異常色散性。在圖11中，點(diǎn)A表示PBM2(產(chǎn)品名；由OHARA INC.制造)(V d=36. 26、Θ gF=0. 5828)的值。點(diǎn) B 表示 NSL7 (產(chǎn)品名；由 OHARA INC.制造)(v d=60. 49、Θ gF=0. 5436)的值。連接點(diǎn)A和點(diǎn)B的線被看做基準(zhǔn)線。由條件表達(dá)式(6)和條件表達(dá)式
(7)所規(guī)定的光學(xué)材料位于基準(zhǔn)線的上方。如果由條件表達(dá)式(6)和條件表達(dá)式(7)所規(guī)定的光學(xué)材料被用作在光圈的圖像側(cè)具有正屈光力的折射光學(xué)元件，則使用位于基準(zhǔn)線上方的材料對(duì)于廣角端的倍率色像差的二階光譜的校正是有效的。另外，隨著材料位于基準(zhǔn)線的越上方，校正效果越高。換言之，滿足條件表達(dá)式(6)的透鏡材料通常被稱(chēng)之為異常色散玻璃。部分色散比大于基準(zhǔn)線的情況意味著g線和F線之間的折射率差相對(duì)地大于基準(zhǔn)玻璃的g線和F線之間的折射率差。如果該值超過(guò)條件表達(dá)式(7)的上限值，則由于折射光學(xué)元件GNL而對(duì)廣角端的倍率色像差的二階光譜進(jìn)行了過(guò)校正，因此，特別地，難以保持廣角端的軸上色像差和倍率色像差之間的二階光譜的平衡。如果不滿足條件表達(dá)式(6)或條件表達(dá)式(7)的下限條件，則難以向折射光學(xué)元件GNL提供充分校正廣角端的倍率色像差的二階光譜的效果，特別地，難以獲得充分校正廣角端的倍率色像差的二階光譜的效果。注意，為了避免像差校正和制造過(guò)程的困難，容易想到如下的方法，其中在該方法中，以分割方式將滿足條件表達(dá)式(6)和條件表達(dá)式(7)的光學(xué)材料布置在多個(gè)元件中。另夕卜，在這種情況中，能夠獲得與本說(shuō)明書(shū)中所述的效果相同的效果。 更優(yōu)選地，還同時(shí)滿足以下的條件表達(dá)式(8)和條件表達(dá)式(9)。條件表達(dá)式(8)和條件表達(dá)式(9)規(guī)定了折射光學(xué)元件GNL的部分色散比Qgdm和阿貝常數(shù)vdm之間的關(guān)系。-2. 407 X 1(Γ3X v dm+1. 420< Θ gdm. · · (8)I. 255< Θ gdm〈l. 670. . . (9)這里，關(guān)于g線和d線的部分色散比Θ gdm如下所示。Θgdm=(Ng-Nd)/(NF-NC)因此，容易適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行g(shù)線和d線之間的色像差的校正。另外，優(yōu)選地，滿足以下的條件表達(dá)式(10)。條件表達(dá)式(10)規(guī)定了滿足條件表達(dá)式(6)和(7)的折射光學(xué)元件GNL在空氣中的屈光力Cpm與廣角端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的屈光力qnv的比。
0.020<fm/fw<0.080 ... (10)因此，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正。如果不滿足條件表達(dá)式(10)的上限條件，則由于折射光學(xué)元件GNL而對(duì)廣角端的倍率色像差的二階光譜進(jìn)行了過(guò)校正，因此，特別地，難以保持廣角端的軸上色像差和倍率色像差之間的二階光譜的平衡。如果不滿足條件表達(dá)式(10)的下限條件，則難以向折射光學(xué)元件GNL提供充分校正廣角端的倍率色像差的二階光譜的效果，特別地，難以獲得充分校正廣角端的倍率色像差的二階光譜的效果。注意，如果滿足條件表達(dá)式(6)和(7)的多個(gè)元件用于光學(xué)系統(tǒng)，則優(yōu)選地，各個(gè)屈光力的總和滿足條件表達(dá)式(10)。下文中，描述了用于將由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化控制得較小的條件。諸如樹(shù)脂和塑料等要用于折射光學(xué)元件GNL的有機(jī)材料的由于溫度變化所引起的折射率變化的絕對(duì)值dn/dT在負(fù)方向上大于玻璃的折射率變化的絕對(duì)值，例如，大約為玻璃的10 200倍。因此，如果使用由屈光力強(qiáng)的有機(jī)材料制成的光學(xué)元件，則需要將由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化維持得較小。在這方面，容易想到如下的方法，其中在該方法中，通過(guò)對(duì)包括值dn/dT大致相同的有機(jī)材料等的多種異常分散材料進(jìn)行適當(dāng)組合來(lái)減小由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化。然而，該方法的使用使成本增大。因此，需要通過(guò)對(duì)最小必需量的折射光學(xué)元件GNL與普通玻璃進(jìn)行組合來(lái)減小由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化。廣播攝像機(jī)系統(tǒng)通常是鏡頭可更換型，并且廣播變焦鏡頭包括定位截距(flangeback)調(diào)整機(jī)構(gòu)。在通常的攝像時(shí)，緊挨在攝像之前進(jìn)行定位截距調(diào)整，以使得透鏡的焦點(diǎn)位置與攝像機(jī)的攝像元件的位置一致。如果定位截距的移位明顯超過(guò)焦點(diǎn)深度，則需要進(jìn)行重新調(diào)整。通常已知，如果由于大致±8°C的環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量落到焦點(diǎn)深度范圍內(nèi)，則在一次攝像操作期間基本上無(wú)需重新調(diào)整定位截距，因此，不存在實(shí)際使用的問(wèn)題。例如，在通常用于廣播的2/3型HD攝像機(jī)(圖像尺寸直徑11_)中，當(dāng)容許模糊圈的直徑大約被設(shè)定為O. Olmm時(shí)，F(xiàn)值為F/1. 8時(shí)的焦點(diǎn)深度變?yōu)榇蠹s±18μπι。這里，表示整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)t按照如下進(jìn)行定義。 (dskd/dT) t=(dskd/dT) l+(dskd/dT)m. · · (11)其中，“(dskd/dT) I”表示透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量，并且“ (dskd/dT)表示用于維持透鏡之間的空間的鏡筒構(gòu)件的每單位溫度變化的后焦距變化量。為了將由于±8°C的環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量控制到±18μπι的焦點(diǎn)深度中，僅需要使整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)t處于±2. 2ym/°C內(nèi)。在各實(shí)施例中，對(duì)各透鏡的屈光力和dn/dT以及用于維持透鏡之間的空間的鏡筒構(gòu)件的線膨脹系數(shù)進(jìn)行規(guī)定，以使得將整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) t 控制在 ±2. 2 μ m/°C 內(nèi)。首先，描述透鏡系統(tǒng)中由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化。作為表達(dá)式(11)的第一項(xiàng)的、表示透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I如下所示。(dskd/dT) 1=Σ i；J ((dskd/dn) Pij X (dn/dT) Pij) +Σ y ((dskd/dn) Iiij X (dn/dT) Iiij) ·· · (12)其中，“(dskd/dn)Pij”表示第i透鏡單元中具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的由于折射率變化所引起的后焦距變化量，“(dskd/dn)Iiij”表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的由于折射率變化所引起的后焦距變化量，“dn/dT”表示空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)(_20°C 40°C范圍內(nèi)的平均值)，“(dn/dT) Pij”表示第i透鏡單元中具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的dn/dT，并且“(dn/dT)Iiij”表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的dn/dT。通常，各透鏡的由于折射率變換所引起的后焦距變化量的絕對(duì)值dskd/dn趨于與各透鏡的屈光力的絕對(duì)值成比例地增大。當(dāng)對(duì)各透鏡的屈光力和折射率的溫度變化系數(shù)dn/dT進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合時(shí)，能夠?qū)⒂杀磉_(dá)式(12)所確定的透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。為了適當(dāng)校正整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜、適當(dāng)校正廣角端的倍率色像差的二階光譜以及將廣角端的透鏡系統(tǒng)的(dskd/dT) I控制得較小，優(yōu)選滿足條件表達(dá)式(6)、(7)、(13)和(14)。條件表達(dá)式(13)和(14)是用于規(guī)定構(gòu)成第三透鏡單元U3、第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b的各透鏡的屈光力和折射率的溫度變化系數(shù)dn/dT的條件。
lJxl0^<I1.^PiJ-<(di/dT)p!|)/I!(p1<3.0xl0*5(i=3，4a，4b) (j=l，2，· · · Sp1) · · · (13)
-4^)x|{)'s<vi i({p,l!|x{t)n/tiT)n]t)/y|(pi<_2.5x I0~s(i=3, 4a, 4b) (j=l, 2, . . . Sn1). . . (14)其中，“dn/dT”表示空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)(_20°C 40°C范圍內(nèi)的平均值),“(PPU”表示第i透鏡單元中除GNL之外的具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力，“(pn,f表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力，“φ,”表示第i透鏡單元的屈光力，“(dn/dT)Pi/’表示第i透鏡單元中除GNL之外的具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的dn/dT，“(dn/dT)Iiij”表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的dn/dT，“SPi”表示除GNL之外的第i透鏡單元中具有正屈光力的透鏡的數(shù)量，并且“Sn/’表示第i透鏡單元中具有負(fù)屈光力的透鏡的數(shù)量。如果不滿足條件表達(dá)式(13)和(14)，則難以充分校正由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距移位。優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(15)和(16)。條件表達(dá)式(15)和(16)是用于規(guī)定構(gòu)成第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b的各透鏡的屈光力和折射率的溫度變化系數(shù)dn/dT的條件。
0.5χ10"5<Σ ^(φρ^ Χ((1η/(1Τ)ρ 3)/Σ{φ <1.5x IO"5(i=4a，4b) (j=l，2，· · · Spi). . . (15)
-lJxlO^Z.jCfn^xtdn/dDn^/I^r^O.SxIO·3(i=4a, 4b) (j=l, 2，· · · Sni). . . (16)因而，在實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正這二者的同時(shí)，將廣角端的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。更優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(17)和(18)。條件表達(dá)式(17)和(18)是用于
規(guī)定構(gòu)成第二副透鏡單元U4b的各透鏡的屈光力和折射率的溫度變化系數(shù)dn/dT的條件。
0.4xl0^<IUJ(ppiJx(dn/dT)pij)/Im<JSx'i0^(i=4b) (j=l，2，· · · Spi)... (17)
-2.5χ10'5< Σ η (φι |Χ( !ηΜΤ)ι |)/Σ φ <-1.5χ10'5(i=4b) (j=l，2，· · · Sni). . . (18)
因而，在實(shí)現(xiàn)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的軸上色像差的二階光譜的適當(dāng)校正和廣角端的倍率色像差的二階光譜的適當(dāng)校正這二者的同時(shí)，將廣角端的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。另外，優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(19)和(20)。條件表達(dá)式(19)和(20)是用于規(guī)定構(gòu)成第二副透鏡單元U4b的、除折射光學(xué)透鏡GNL之外的具有正屈光力的透鏡和具有負(fù)屈光力的透鏡的屈光力各自的總和的條件。
3.6<Σ』(φρ4Ι^)/φ41)<5.3 (j=l, 2,…Sp；) ... (19)
-4.5<Σ_|(φη45ι)/φ45<-3.0 (j=l5 2, ... Sn,) ... (20)因此，獲得了良好的光學(xué)性能，并且將透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。如果不滿足條件表達(dá)式(19)的上限條件或者如果不滿足條件表達(dá)式(20)的下限條件，則透鏡屈光力增大，從而像差校正變得困難。如果不滿足條件表達(dá)式(19)的下限條件或者如果不滿足條件表達(dá)式(20)的上限條件，則透鏡屈光力減小，從而難以確保充分校正由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距移位的效果。更優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(21)和(22)。條件表達(dá)式(21)和(22)規(guī)定了第二副透鏡單元U4b中具有正屈光力的透鏡的屈光力和阿貝常數(shù)vdp4b。50〈 vdp4b〈70. · · (21)
1.5<Σ{((pP4bj_r/f4b)< 6.0 (j=l，2, ... SpO ... (22)其中，“(pplhj r”表示第二副透鏡單元中具有正屈光力的透鏡當(dāng)中的、使用滿足條件表達(dá)式(21)的玻璃材料的具有正屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力。因此，實(shí)現(xiàn)了良好的消色，并且能夠?qū)⑼哥R系統(tǒng)的由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。更優(yōu)選地，按照如下設(shè)定條件表達(dá)式(21)的數(shù)值范圍。60< vdp4b<70. . . (21a)作為由條件表達(dá)式(21)所規(guī)定的玻璃，存在S-BSL7(產(chǎn)品名)(dn/dT=2. 7X10_6，V dp4b=64. I)、S-BAL35 (產(chǎn)品名)(dn/dT=3. 7X 1(Γ6，ν dp4b=61. I)、S-NSL36 (產(chǎn)品名)(dn/dT=2. 6X 10_6，ν dp4b=52. 4)等。dn/dT表示空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)(_20°C 40°C范圍內(nèi)的平均值)。通過(guò)將這些材質(zhì)作為具有正屈光力的透鏡應(yīng)用于第二副透鏡單元U4b，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的消色，并且能夠?qū)⑼哥R系統(tǒng)的由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。如果不滿足條件表達(dá)式(22)的上限條件，則第二副透鏡單元U4b中除折射光學(xué)元件GNL之外的具有正屈光力的透鏡的屈光力變大，從而像差校正變得困難。如果不滿足條件表達(dá)式(22)的下限條件，則對(duì)于第二副透鏡單元U4b中除折射光學(xué)元件GNL之外的具有正屈光力的透鏡而言，難以確保充分校正由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距移位的效果。
更優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(23)和(24)。條件表達(dá)式(23)和(24)規(guī)定了第二副透鏡單元U4b中具有負(fù)屈光力的透鏡的屈光力、阿貝常數(shù)vdn4b、以及部分色散比Θ gFn4b。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的消色，并且能夠?qū)⑼哥R系統(tǒng)的由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。O. 6406-1. 7735 X IO^3X v dn4b> Θ gFn4b. · · (23)
-5.0<Σ_}(φη45^Γ/φΛ)<-0.5 (j=l, 2, ... Sn,) ... (24) 其中r”表示第二副透鏡單元U4b中具有負(fù)屈光力的透鏡當(dāng)中的、由滿足條件表達(dá)式(23)的玻璃材料制成的具有負(fù)屈光力的第j個(gè)透鏡的屈光力。作為由條件表達(dá)式(23)所規(guī)定的玻璃，存在S-LAH58 (產(chǎn)品名)(dn/dT=5. OX 1(Γ6，ν dn4b=40. 7，Θ gFn4b=0. 566)和 S-LAH55 (產(chǎn)品名)(dn/dT=4. 8 X 10_6，ν dn4b=42. 7，Θ gFn4b=0. 564)等。dn/dT表示空氣中的e線上的折射率的溫度變化系數(shù)(_20°C 40°C范圍內(nèi)的平均值)。對(duì)于S-LAH58而言，條件表達(dá)式(23)左側(cè)的O. 6406-1. 7735 X IO^3X v dn4b 為 O. 5684，并且 Θ gFn4b=0. 5667，因此 S-LAH58 滿足條件表達(dá)式(23)。對(duì)于S-LAH55而言，條件表達(dá)式(23)左側(cè)的O. 6406-1. 7735X IO^3X v dn4b為O. 5648，并且Θ gFn4b=0. 5642，因此S-LAH55滿足條件表達(dá)式(23)。通過(guò)將這些材質(zhì)作為具有負(fù)屈光力的透鏡應(yīng)用于第二副透鏡單元U4b，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的消色，并且能夠?qū)⑼哥R系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I控制得較小。如果不滿足條件表達(dá)式(24)的上限條件，則針對(duì)第二副透鏡單元U4b中具有負(fù)屈光力的透鏡而言，難以確保充分校正由于環(huán)境溫度變化所引起的后焦距移位的效果。如果不滿足條件表達(dá)式(24)的下限條件，則第二副透鏡單元U4b中具有負(fù)屈光力的透鏡的屈光力變大，因此像差校正變得困難。接下來(lái)，描述由于由鏡筒構(gòu)件的熱膨脹所導(dǎo)致的環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化。作為表達(dá)式(11)的第二項(xiàng)的、由鏡筒構(gòu)件的熱膨脹所導(dǎo)致的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)m如下所示。(dskd/dT) m= Σ j ((dskd/ Δ d) i X Cli X Oi)... (25)其中，“(dskd/Ad) i”表示由于第一透鏡單元Ul中從第一面到第i面的空氣間隔的變化所引起的后焦距變化量，“d/’表示用于維持第i面和第(i+1)面之間的空間的鏡筒構(gòu)件的長(zhǎng)度，并且“ a i”表示用于維持第i面和第(i+1)面之間的空間的鏡筒構(gòu)件的線膨脹系數(shù)。通常，在四單元變焦鏡頭中，由表達(dá)式(25)所確定的、由于鏡筒構(gòu)件的熱膨脹所引起的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)m為負(fù)值。由表達(dá)式(12)所確定的透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I與值(dskd/dT)m彼此抵消。為了使表達(dá)式(12)和表達(dá)式(25)適當(dāng)?shù)乇舜说窒?，?duì)于鏡筒構(gòu)件而言，期望使用諸如線膨 脹系數(shù)CIi為ZSXKrfTcr1)以上的鋁等的材質(zhì)。下文中，描述了用于當(dāng)插入變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT時(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的焦距范圍的改變的條件。優(yōu)選地，滿足以下條件表達(dá)式(26)。條件表達(dá)式(26)規(guī)定了入射到變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的第一透鏡面的軸上光線相對(duì)于光軸的高度h_k與從變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的最終透鏡面出射的軸上光線相對(duì)于光軸的高度h_k+l的比。O. 7<h_k/h_k+l<2. 5. · · (26)因此，能夠在變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT插入時(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的焦距范圍的改變。當(dāng)不滿足條件表達(dá)式(26)時(shí)，變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT中的透鏡屈光力變大，因此像差校正變得困難。優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(27)。條件表達(dá)式(27)是用于規(guī)定穿過(guò)第四透鏡單元U4中的第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b之間的空氣間隔的軸上光線相對(duì)于光軸的傾斜角度Θ (度)。
-5。< Θ <+5° …(27)這里，進(jìn)行如下假定作為會(huì)聚光束相對(duì)于光軸的角度時(shí)，角度Θ具有正值；作為發(fā)散光束相對(duì)于光軸的角度時(shí)，角度Θ具有負(fù)值；以及在遠(yuǎn)焦?fàn)顟B(tài)下，θ=0°。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT插入時(shí)的良好光學(xué)性能以及所需充分的后焦距的確保這兩者。如果不滿足條件表達(dá)式(27)的上限條件，則穿過(guò)第二副透鏡單元U4b的軸上光線的高度變小，因而難以確保所需充分的后焦距。如果不滿足條件表達(dá)式(27)的下限條件，則當(dāng)變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT插入時(shí)軸上光線以發(fā)散角度入射到變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT。因此，變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的透鏡屈光力增大，因此像差校正變得困難。更優(yōu)選地，將條件表達(dá)式(27)的數(shù)值范圍設(shè)定為如下的條件表達(dá)式(27a)。-3.5。< Θ <+3. 5° …(27a)優(yōu)選地，滿足如下的條件表達(dá)式(28)。條件表達(dá)式(28)是用于規(guī)定插入了變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b之間的空氣間隔的長(zhǎng)度D相對(duì)于第一副透鏡單元U4a中的最終透鏡面的光束有效直徑EA的比。O. 500〈D/EA〈3. 000. · · (28)因此，能夠?qū)崿F(xiàn)變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT插入時(shí)的良好光學(xué)性能以及變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的整體長(zhǎng)度的減小這兩者。如果空氣間隔D相對(duì)于光束有效直徑EA增大從而不滿足條件表達(dá)式(28)的上限條件，則變得難以減小變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT的整體長(zhǎng)度。此外，如果光束有效直徑EA相對(duì)于空氣間隔D減小從而不滿足條件表達(dá)式(28)的上限條件，則入射光瞳直徑變小，因此難以確保所需充分的孔徑比。如果空氣間隔D相對(duì)于光束有效直徑EA減小從而不滿足條件表達(dá)式(28)的下限條件，則變倍光學(xué)系統(tǒng)EXT中的透鏡屈光力增大，因此像差校正變得困難。此外，如果光束有效直徑EA相對(duì)于空氣間隔D增大從而不滿足條件表達(dá)式(28)的下限條件，則第四透鏡單元U4的透鏡直徑增大，因此難以實(shí)現(xiàn)尺寸和重量的減小并且難以利用簡(jiǎn)單的透鏡結(jié)構(gòu)獲得良好的光學(xué)性能。參考圖9，描述了使用根據(jù)各實(shí)施例的變焦鏡頭作為攝像光學(xué)系統(tǒng)的攝像設(shè)備(電視攝像機(jī)系統(tǒng))的概觀。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的主要部分的示意圖。在圖9中，設(shè)置有根據(jù)第一實(shí)施例 第四實(shí)施例中的任一實(shí)施例的變焦鏡頭101以及攝像機(jī)124。變焦鏡頭101以可移除的方式安裝于攝像機(jī)124。通過(guò)將變焦鏡頭101安裝到攝像機(jī)124來(lái)構(gòu)造攝像設(shè)備125。變焦鏡頭101包括第一透鏡單元F、變倍部LZ、成像用的第四透鏡單元R。第一透鏡單元F包括調(diào)焦透鏡單元。變倍部LZ包括第二透鏡單元，其在變倍期間在光軸上移動(dòng)；以及第三透鏡單元，其在光軸上移動(dòng)，以校正由于變倍所引起的像面變動(dòng)。變焦鏡頭101包括開(kāi)口光圈SP。第四透鏡單元R包括可以相對(duì)于光路進(jìn)行插拔的透鏡單元(變倍光學(xué)系統(tǒng))IE。透鏡單元IE被設(shè)置成改變變焦鏡頭101的整個(gè)系統(tǒng)的焦距范圍。諸如螺旋體和凸輪等的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)114和115沿光軸方向分別驅(qū)動(dòng)第一透鏡單元F和變倍部LZ。 馬達(dá)(驅(qū)動(dòng)單元)116 118被設(shè)置成對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)114和115以及開(kāi)口光圈SP進(jìn)行電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。諸如編碼器、電位器和感光器等的檢測(cè)器119 121檢測(cè)第一透鏡單元F和變倍部LZ沿著光軸的位置以及開(kāi)口光圈SP的光圈直徑。攝像機(jī)124包括與光學(xué)濾波器或分色棱鏡相對(duì)應(yīng)的玻璃塊109 ;以及諸如C⑶傳感器和CMOS傳感器等的固體攝像元件(光電變換器)110，用于接收由變焦鏡頭101所形成的被攝體圖像的光。CPU 111和122分別對(duì)攝像機(jī)124和變焦鏡頭101的主體進(jìn)行各種驅(qū)動(dòng)控制。如上所述，當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭應(yīng)用于電視攝像機(jī)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了具有高光學(xué)性能的攝像設(shè)備。第一實(shí)施例圖I是當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例(數(shù)值實(shí)施例I)的變焦鏡頭的廣角端處聚焦于位于無(wú)限遠(yuǎn)的物體時(shí)的鏡頭截面圖。首先，描述圖I。第一透鏡單元Ui具有正屈光力并且在變焦期間不移動(dòng)。第一透鏡單元Ul具有調(diào)焦用的屈光力，并且通過(guò)使具有屈光力的透鏡單元的整體或一部分移動(dòng)來(lái)進(jìn)行調(diào)焦。第二透鏡單元(變焦透鏡單元)U2具有負(fù)屈光力并且在變焦期間可移動(dòng)。第三透鏡單元(補(bǔ)償透鏡單元)U3具有負(fù)屈光力，并且在變焦期間可移動(dòng)。第三透鏡單元U3隨著第二透鏡單元的移動(dòng)而在光軸上一起移動(dòng)，以校正由于變倍所引起的像面變動(dòng)。在第一實(shí)施例和后面所述的其它實(shí)施例中，第三透鏡單元U3具有負(fù)屈光力，但可選地，第三透鏡單元U3可以具有正屈光力。開(kāi)口光圈SP被布置在第三透鏡單元U3的圖像側(cè)上。第四透鏡單元(中繼透鏡單元)U4具有成像用的正屈光力，并且在變焦期間不移動(dòng)。第四透鏡單元U4包括具有正屈光力的第一副透鏡單元U4a和具有正屈光力的第二副透鏡單元U4b，其中第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b被第四透鏡單元內(nèi)距離最大的空氣間隔所隔開(kāi)。玻璃塊DG是分色棱鏡或光學(xué)濾波器。像面IP對(duì)應(yīng)于固體攝像元件(光電變換器)的攝像面。折射光學(xué)元件GNL由具有異常色散性的光學(xué)材料制成。在與第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的數(shù)值實(shí)施例I中，折射光學(xué)元件GNL由表9所示的光學(xué)材料(ν dm=22. 7，Θ gFm=0. 689)制成。由于 _2· 100X 1(Γ3Χ v dm+0. 693=0. 645 并且Θ gFm=0. 689,因此表9所不的光學(xué)材料滿足條件表達(dá)式(6)。另外,光學(xué)材料在用于光學(xué)系統(tǒng)時(shí)呈固體狀態(tài)，而在用于光學(xué)系統(tǒng)之前例如在制造過(guò)程中可以呈任意狀態(tài)。例如，在制造過(guò)程中，光學(xué)材料可以是液體材料或通過(guò)使液體材料固化所獲得的固體材料。注意，光學(xué)材料被夾持在透鏡之間，但即使未夾持光學(xué)材料，也能獲得相同的色像差校正效果。此外，當(dāng)然，除表9所不的光學(xué)材料之外的值dn/dT較大的光學(xué)材料也可以用于折射光學(xué)兀件GNL。第三透鏡單元U3包括具有正屈光力的一個(gè)透鏡和具有負(fù)屈光力的一個(gè)透鏡，并且第三透鏡單元U3被構(gòu)造成如下的接合透鏡，其中在該接合透鏡中，從物體側(cè)依次配置具有負(fù)屈光力的該透鏡和具有正屈光力的該透鏡并將這兩個(gè)透鏡相接合。第一副透鏡單元U4a包括具有正屈光力的三個(gè)透鏡和具有負(fù)屈光力的一個(gè)透鏡，具體地，從物體側(cè)依次為雙凸正透鏡、雙凸正透鏡和接合透鏡，其中在該接合透鏡中，將圖像側(cè)具有凸面的正彎月形透鏡和具有負(fù)屈光力的透鏡相接合。第二副透鏡單元U4b包括具有正屈光力的五 個(gè)透鏡和具有負(fù)屈光力的兩個(gè)透鏡，具體地，從物體側(cè)依次為具有正屈光力的透鏡；具有負(fù)屈光力的透鏡與具有正屈光力的透鏡相接合的接合透鏡；具有正屈光力的透鏡、具有正屈光力的透鏡以及具有負(fù)屈光力的透鏡相接合的接合透鏡；以及具有正屈光力的透鏡。表10示出根據(jù)第一實(shí)施例的各條件表達(dá)式的相應(yīng)值。第一實(shí)施例具有如下特征這些值接近條件表達(dá)式(10)、(13)、(14)、(15)、(17)、(19)和(22)的上限值，并且接近條件表達(dá)式(20)和(24)的下限值。表I示出根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I的面編號(hào)以及dn/dT、dskd/dN和透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量(dskd/dT) I的相應(yīng)值。如表I所示，透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT) I的總和為2. 561 μ m/°C。注意，針對(duì)第三透鏡單元U3、第一副透鏡單元U4a和第二副透鏡單元U4b來(lái)計(jì)算透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量。這是因?yàn)榈谝煌哥R單元Ul和第二透鏡單元U2的廣角端的值dskd/dN較小，因此第一透鏡單元Ul和第二透鏡單元U2對(duì)于因溫度變化所引起的后焦距變化的影響較小。這同樣適用于以下所有的實(shí)施例。表2示出根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I的面編號(hào)以及用于維持透鏡之間的空間的鏡筒構(gòu)件的長(zhǎng)度、dskd/Ad和鏡筒構(gòu)件的每單位溫度變化的后焦距變化量(dskd/dT)m的相應(yīng)值。如表2所示，鏡筒構(gòu)件的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)m的總和為-0.662ym/°C。在第一實(shí)施例中，線膨脹系數(shù)ai為23 X KT6CCT1)的鋁構(gòu)件用于鏡筒構(gòu)件。注意，針對(duì)位于第二透鏡單元U2和第三透鏡單元U3之間的空氣間隔的圖像側(cè)上的空氣間隔來(lái)計(jì)算鏡筒構(gòu)件的由于熱膨脹所引起的每單位溫度變化的后焦距變化量。這是因?yàn)榈谝煌哥R單元Ul和第二透鏡單元U2的廣角端的值dskd/ Δ d較小，因此第一透鏡單元Ul和第二透鏡單元U2對(duì)于因溫度變化所引起的后焦距變化的影響較小。這同樣適用于以下所有的實(shí)施例。表11示出根據(jù)第一實(shí)施例的廣角端的焦點(diǎn)深度的值、透鏡系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值、鏡筒構(gòu)件的每單位溫度變化的后焦距變化量的值、整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值、以及由于±8°C的環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量的值。表11的第一實(shí)施例的各欄中所示的透鏡系統(tǒng)和鏡筒構(gòu)件的每單位溫度變化的后焦距變化量的值分別是表I所示的(dskd/dT) I的總和以及表2所示的(dskd/dT)m的總和。表11的第一實(shí)施例的欄中所示的整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值=表I所示的(dskd/dT) I的總和+表2所示的(dskd/dT)m的總和。在第一實(shí)施例中，當(dāng)規(guī)定了各透鏡的屈光力和dn/dT以及用于維持透鏡之間的空間的鏡筒構(gòu)件的線膨脹系數(shù)時(shí)，如表11所示，整個(gè)系統(tǒng)的每單位溫度變化的后焦距變化量的值(dskd/dT)t為1.899ym/°C。因此，整個(gè)系統(tǒng)的由于±8°C的環(huán)境溫度變化所引起的后焦距變化量也落到焦點(diǎn)深度內(nèi)。圖2A、圖2B和圖2C是根據(jù)數(shù)值實(shí)施例I在廣角端、焦距31. 67mm以及遠(yuǎn)攝端處分別聚焦于距離為2. 5m的物體時(shí)的縱像差圖。這里，物體距離的值與相對(duì)于第一透鏡單元Ul中的第一面的距離相對(duì)應(yīng)。在像差圖中，由e線、g線、C線和F線示出球面像差。由e線上的子午像面(AM)和e線上的弧矢像面(AS)示出像散。由g線、C線和F線示出倍率色像差?！癋no”表示F值，并且“ ω ”表示半視角。另外，在像差圖中，以O(shè). 4mm的標(biāo)度示出球面像差，以O(shè). 4mm的標(biāo)度示出像散，以5%的標(biāo)度示出失真，并且以O(shè). 05mm的標(biāo)度示出倍率色像差。 注意，廣角端和遠(yuǎn)攝端是指變倍期間的第二透鏡單元U2位于其在光軸上可機(jī)械移動(dòng)的范圍的兩端時(shí)的變焦位置。在以下所述的數(shù)值實(shí)施例I中，面編號(hào)“i”是從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的面的順序。另外，表示從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的第i面的曲率半徑，并且“d/’表示從物體側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)的第i面和第(i+1)面之間的間隔。此外，“隊(duì)”和“ ν分別表示第i光學(xué)材料的折射率和阿貝數(shù)。最后三個(gè)面對(duì)應(yīng)于諸如濾波器等的玻璃塊。假定光軸方向是X軸，與光軸垂直的方向是H軸，并且光的行進(jìn)方向?yàn)檎?。在該情況中，當(dāng)1”表示近軸曲率半徑，1”表示圓錐常數(shù)，且13”、14”、15”、16”、17”、18”、“A9”、“A10”、“A11”和“A12”表示非球面系數(shù)時(shí)，由以下的表達(dá)式來(lái)表示非球面形狀。
X = .................................................................................................................... + A4Ha +.4 占 HUASHii + AlOH W+A12H12
\ + 4\^{\ + k){H IR)24" Λ.3 H + ..4 5 H 十.4/ H +■ ..4 P H ! + /i 11H 丨1例如，“e-z”表示“X10_z”。標(biāo)記表示非球面。數(shù)值實(shí)施例I單位_
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，其從物體側(cè)依次包括 第一透鏡單元，其具有正屈光力，并且在變倍期間不移動(dòng)； 第二透鏡單元，其具有負(fù)屈光力，并且在變倍期間在光軸方向上移動(dòng)； 第三透鏡單元，其在變倍期間在所述光軸方向上移動(dòng)；以及 第四透鏡單元，其具有正屈光力，并且在變倍期間不移動(dòng)，其中 所述第四透鏡單元從物體側(cè)依次包括具有正屈光力的第一副透鏡單元和具有正屈光力的第二副透鏡單元； 所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元通過(guò)所述第四透鏡單元中最大的空氣間隔所隔開(kāi)； 所述第二副透鏡單元包括至少一個(gè)具有正屈光力的折射光學(xué)元件； 在 V dm= (Nd-I)/(NF-NC)且 Θ gFm= (Ng-NF) / (NF-NC)的情況下，滿足以下條件-2. 100Χ1(Γ3Χ V dm+0. 693〈 Θ gFm，并且O.555<ΘgFm〈0. 900, 其中，“ Θ gFm”和“ V dm”分別表示所述折射光學(xué)元件的部分色散比和阿貝常數(shù)，并且“Ng”、“NF”、“Nd”和“NC”分別表示針對(duì)g線、F線、d線和C線的折射率； 對(duì)于除所述第二副透鏡單元中所包括的具有正屈光力的所述折射光學(xué)元件之外的透鏡而言，所述第三透鏡單元、所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元各自滿足以下條件
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元各自滿足以下條件
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第二副透鏡單元滿足以下條件
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第二副透鏡單元滿足以下條件 3.3,其中 j = 1，2，· · ·，sPi，并且
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦鏡頭，其特征在于， 所述第四透鏡單元包括相對(duì)于所述第一副透鏡單元和所述第二副透鏡單元之間的光路能夠進(jìn)行插拔的變倍光學(xué)系統(tǒng)；以及所述第四透鏡單元滿足以下條件O.7<h_k/h_k+l<2.5， 其中，“h_k”表示入射到所述變倍光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡面的軸上光線相對(duì)于光軸的高度，“h_k+l”表示從所述變倍光學(xué)系統(tǒng)的最終透鏡面出射的軸上光線相對(duì)于光軸的高度。
8.一種攝像設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的變焦鏡頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變焦鏡頭和包括該變焦鏡頭的攝像設(shè)備。該變焦鏡頭從物體側(cè)依次包括正的第一透鏡單元，其在變焦期間不移動(dòng)；負(fù)的第二透鏡單元，其在變焦期間在光軸方向上移動(dòng)；負(fù)的第三透鏡單元，其在變焦期間在光軸方向上移動(dòng)，以校正由于變焦所引起的像面變動(dòng)；以及正的第四透鏡單元，其在變焦期間不移動(dòng)。第四透鏡單元從物體側(cè)依次包括正的第一副透鏡單元和正的第二副透鏡單元，正的第一副透鏡單元和正的第二副透鏡單元通過(guò)第四透鏡單元中距離最大的空氣間隔所隔開(kāi)。針對(duì)用于形成第三透鏡單元、第一副透鏡單元和第二副透鏡單元的透鏡材料，適當(dāng)設(shè)定阿貝常數(shù)、部分色散比和折射率的溫度變化系數(shù)。
文檔編號(hào)G02B15/167GK102854612SQ20121022902
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者三條陽(yáng)太郎, 矢北真一郎 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社