可變放大率光學(xué)系統(tǒng)和成像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】為了提供一種可變放大率光學(xué)組件，該可變放大率光學(xué)組件被構(gòu)造成小型化并且是低廉的，藉此在具有大相對(duì)孔比的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高光學(xué)性能，并具有相對(duì)中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍。一種可變放大率光學(xué)組件，包括由從物體側(cè)順序地設(shè)置的負(fù)的第一透鏡組(G1)、在放大率變化期間相對(duì)于像面固定的光闌、和正的第二透鏡組(G2)。當(dāng)放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)，第一透鏡組(G1)和第二透鏡組(G2)之間沿光軸方向的間隙減小。第一透鏡組(G1)進(jìn)一步包括從物體側(cè)順序地設(shè)置的具有凸起物體側(cè)表面的正透鏡(L1)和兩個(gè)負(fù)透鏡(L2)，(L3)。該可變放大率光學(xué)組件滿足關(guān)于第一透鏡組(G1)中的正透鏡(L1)關(guān)于d線的阿貝數(shù)vd1的下述公式(1)：25.5＜vd1＜50...(1)。
【專利說(shuō)明】可變放大率光學(xué)系統(tǒng)和成像設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)和成像設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及一種能夠用在攝像機(jī)、電子式靜態(tài)相機(jī)等中并且特別適合監(jiān)視相機(jī)的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，以及包括該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的成像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，監(jiān)視相機(jī)已經(jīng)用于防止犯罪、進(jìn)行記錄等，并且用于CCTV(閉路電視)的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)用作用于監(jiān)視相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)。用于CCTV的這種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)需要具有緊湊的透鏡結(jié)構(gòu)并且能夠以低成本生產(chǎn)。進(jìn)一步，可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的規(guī)格需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)視場(chǎng)角涵蓋大視場(chǎng)角區(qū)域，并且可變放大率光學(xué)系統(tǒng)需要對(duì)室內(nèi)和室外使用環(huán)境有抵抗力。因此，在多種情況中已經(jīng)采用滿足這些要求并且其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的兩組式可變焦鏡頭。
[0003]作為緊湊的兩組式變焦鏡頭，在鹵化銀感光膠片相機(jī)時(shí)期認(rèn)真地研發(fā)了由正組和負(fù)組構(gòu)成并且其中正屈光力優(yōu)先的兩組式變焦鏡頭。在這種變焦鏡頭中，正的第一組和負(fù)的第二組從物體側(cè)順序地設(shè)置。然而，在這種類型的變焦鏡頭中，孔徑光闌與正的第一組集成在一起以使變焦鏡頭緊湊，并且整個(gè)透鏡系統(tǒng)的長(zhǎng)度在廣角端處短而在長(zhǎng)焦端處長(zhǎng)。在大多數(shù)監(jiān)視相機(jī)中，監(jiān)視相機(jī)的殼體的尺寸是固定的。因此，當(dāng)這種類型的變焦鏡頭應(yīng)用于監(jiān)視相機(jī)時(shí)，在廣角端處，透鏡相對(duì)于殼體設(shè)置在最遠(yuǎn)的后部位置處，在廣角端處視場(chǎng)角大。因此，需要增加殼體的尺寸，并且這在結(jié)構(gòu)上引起嚴(yán)重的問(wèn)題。
[0004]進(jìn)一步，因?yàn)橛捎诔杀径y以采用其中孔徑光闌可變的結(jié)構(gòu)，入射光瞳的直徑通過(guò)可變放大率系統(tǒng)而是恒定的。因此，長(zhǎng)焦端處的F數(shù)比廣角端處的F數(shù)大可變放大比率倍數(shù)，并且該規(guī)格作為用于監(jiān)視相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)是令人不滿意的。進(jìn)一步，由于第二組具有負(fù)屈光力，主光線相對(duì)于像面的法線的角度在廣角端處變大，并且透鏡的是用于采用電子成像裝置的重要條件的遠(yuǎn)心度變低。由于由正組和負(fù)組構(gòu)成的兩組式變焦鏡頭具有如上所述的多個(gè)不合適的特征，因此難以將這種變焦鏡頭用于監(jiān)視相機(jī)。
[0005]因此，希望由正組和負(fù)組構(gòu)成并且其中負(fù)屈光力優(yōu)先的兩組式結(jié)構(gòu)作為用于監(jiān)視相機(jī)的緊湊的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)。已知作為由正組和負(fù)組組成的常規(guī)兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，例如，在下述專利文獻(xiàn)I至5中公開(kāi)的光學(xué)系統(tǒng)。
[0006]相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:
[0009]日本未審查專利公開(kāi)N0.2001-330773
[0010]專利文獻(xiàn)2:
[0011]日本未審查專利公開(kāi)N0.2001-281543
[0012]專利文獻(xiàn)3:
[0013]日本未審查專利公開(kāi)N0.2007-079108[0014]專利文獻(xiàn)4:
[0015]日本未審查專利公開(kāi)N0.2007-279335
[0016]專利文獻(xiàn)5:
[0017]日本未審查專利公開(kāi)N0.2008-158320
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]由于監(jiān)視相機(jī)的市場(chǎng)近年來(lái)急劇地膨脹，研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)變得白熱化。同時(shí)，需要一種透鏡系統(tǒng)，其滿足多種有利因素的，如大的相對(duì)光闌，使得透鏡系統(tǒng)甚至能夠用在低照明度拍攝條件中，并且具有高性能，且較小并被以低成本構(gòu)造而成。進(jìn)一步，近年來(lái)，對(duì)下述這種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的需求增加，除了一般監(jiān)視目的，該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)能夠以更高的分辨率和以更高的放大比率進(jìn)行成像，使得汽車的牌照是可讀的，并且具有相對(duì)中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍，其中廣角端處的焦距稍微長(zhǎng)于常規(guī)可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的廣角端處的焦距，并且操縱簡(jiǎn)易。
[0019]考慮到前述情況，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其較小且以低成本構(gòu)造而成，并且其中在光學(xué)系統(tǒng)具有大的相對(duì)光闌的同時(shí)確保光學(xué)性能，并且該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)具有相對(duì)中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍，以及提供包括該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的成像設(shè)備。
[0020]本發(fā)明的第一可變放大率光學(xué)系統(tǒng)是一種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，包括:
[0021]具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；
[0022]光闌；和
[0023]具有正屈光力的第二透鏡組，所述第一透鏡組、所述光闌和所述第二透鏡組從物體側(cè)順序地設(shè)置，
[0024]其中第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短，并且
[0025]其中光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且
[0026]其中第一透鏡組由從物體側(cè)順序地設(shè)置的正透鏡和兩個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，所述正透鏡具有凸起物體側(cè)表面，并且
[0027]其中滿足下述公式⑴:
[0028]25.5 < vdl < 50...(I)，其中
[0029]vdl:第一透鏡組中的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0030]本發(fā)明的第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)是一種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，包括:
[0031]具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；
[0032]光闌；和
[0033]具有正屈光力的第二透鏡組，所述第一透鏡組、所述光闌和所述第二透鏡組從物體側(cè)順序地設(shè)置，
[0034]其中第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短，并且
[0035]其中光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且
[0036]其中第一透鏡組由從物體側(cè)順序地設(shè)置的正透鏡和兩個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，所述正透鏡具有凸起物體側(cè)表面。
[0037]傳統(tǒng)上，由負(fù)組和正組構(gòu)成并且負(fù)屈光力優(yōu)先的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)用作單反鏡頭式照相機(jī)的變焦鏡頭，例如，如專利文獻(xiàn)I和5，其從廣角范圍開(kāi)始。然而，將作為第一透鏡的正透鏡設(shè)置在最靠近物體側(cè)的示例是罕見(jiàn)的。這是因?yàn)槿绻哥R被設(shè)置為第一透鏡，則透鏡的外徑和中心厚度增加，并且尺寸增加得更多，并且極大地影響透鏡、重量和成本。進(jìn)一步，由于整個(gè)系統(tǒng)的后焦距由于由鏡箱單元帶來(lái)的空間限制而不能被保證，因此除了在從超廣角范圍開(kāi)始的一些變焦鏡頭中，以及在其中需要抑制諸如畸變之類的各種離軸像差的產(chǎn)生的鏡頭中，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)不被經(jīng)常采用。
[0038]然而，在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，目標(biāo)可變放大率范圍是中長(zhǎng)焦式范圍。因此，廣角端處的視場(chǎng)角是中長(zhǎng)焦式范圍，其不是太寬。因此，即使正透鏡被設(shè)置為第一透鏡，也沒(méi)有必要將正透鏡的外徑增加太多。進(jìn)一步，假設(shè)可以應(yīng)用本發(fā)明的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)視相機(jī)等不需要非常長(zhǎng)的后焦距。同時(shí)，在由負(fù)組和正組構(gòu)成的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，需要最小化整個(gè)透鏡的長(zhǎng)度，這往往尤其在廣角側(cè)變長(zhǎng)。由于正透鏡在具有負(fù)屈光力的第一透鏡組中設(shè)置在最靠近物體側(cè)，因此能夠使整個(gè)系統(tǒng)緊湊，并且同時(shí)在整個(gè)可變放大率范圍內(nèi)確保出色的成像性能。
[0039]進(jìn)一步，在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，兩個(gè)負(fù)透鏡設(shè)置在第一透鏡組中的正透鏡的圖像側(cè)，且通過(guò)將負(fù)屈光力分配給這兩個(gè)負(fù)透鏡而確保第一透鏡組必需的負(fù)屈光力。由于第一透鏡組中的透鏡的數(shù)量被最小化到三個(gè)，因此該光學(xué)系統(tǒng)小且成本低。
[0040]在第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，滿足下述公式(IA):
[0041]21 < vdl < 50...(IA)，其中
[0042]vdl:第一透鏡組中最靠近物體側(cè)的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0043]在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，滿足下述公式(2):
[0044]0.8 < fl/fw < 2.5...(2)，其中
[0045]fl:第一透鏡組中最靠近物體側(cè)的正透鏡的焦距，以及
[0046]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
[0047]進(jìn)一步，在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，第二透鏡組可以采用由從物體側(cè)順序地設(shè)置的雙凸透鏡、負(fù)彎月透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡和正透鏡構(gòu)成的五透鏡結(jié)構(gòu)。
[0048]在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)诙哥R組采用上述五透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，希望的是，滿足下述公式(3)或滿足下述公式(4)至(6):
[0049]0.5 < f4/fG2 < 1.3...(3)；
[0050]-0.6 < fG2F/fG2B < -0.2...(4)；
[0051]O < vd7-vd8 < 25...(5);和
[0052]15 < vd8 < 33...(6)，其中
[0053]f4:第二透鏡組中最靠近物體側(cè)的雙凸透鏡的焦距，
[0054]fG2:第二透鏡組的焦距，
[0055]fG2F:第二透鏡組中的三個(gè)物體側(cè)透鏡的組合焦距，
[0056]fG2B:第二透鏡組中的兩個(gè)圖像側(cè)透鏡的組合焦距，[0057]vd7:第二透鏡組中的雙凹透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)，以及
[0058]vd8:第二透鏡組中的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0059]在這里，關(guān)于fG2F的用語(yǔ)“三個(gè)物體側(cè)透鏡”表示從物體側(cè)開(kāi)始的第一至第三透鏡，關(guān)于fG2B的用語(yǔ)“兩個(gè)圖像側(cè)透鏡”表示從圖像側(cè)開(kāi)始的第一和第二透鏡。當(dāng)從物體側(cè)開(kāi)始的第三透鏡和第四透鏡粘合在一起時(shí)，粘合透鏡劃分成用于G2F和fG2B的單透鏡。
[0060]進(jìn)一步，在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，第二透鏡組包括滿足下述公式(7)的至少一個(gè)粘合表面:
[0061]-0.75 < Rc/fw < 0.70...(7)，其中
[0062]Re:粘合表面的曲率半徑，以及
[0063]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距
[0064]曲率半徑的符號(hào)在表面的形狀向物體側(cè)凸起時(shí)為正，在表面的形狀向圖像側(cè)凸起時(shí)為負(fù)。
[0065]在本發(fā)明的第一和第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，滿足下述公式(8)或滿足下述公式(9)和(10):
[0066]1.2 < H1/H6 < 1.5...(8)；
[0067]1.4 < dw/fw <2.2...(9);和
[0068]4.5 < Lw/fw < 5.6...(10)，其中
[0069]Hl:在廣角端處第一透鏡組中最靠近物體側(cè)表面上的近軸光線的邊緣光線的高度，
[0070]H6:在廣角端處第一透鏡組中最靠近圖像側(cè)表面上的近軸光線的邊緣光線的高度，
[0071]dw:在廣角端處第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸的距離，
[0072]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距，以及
[0073]Lw:在廣角端處整個(gè)透鏡長(zhǎng)度(沿光軸從第一透鏡組中的最靠近物體側(cè)表面到像面的距離)。
[0074]在這里，用語(yǔ)“近軸光線”表示沿光軸來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)處的物體并進(jìn)入基于預(yù)定規(guī)格(如F數(shù)和孔徑光闌)的最大直徑進(jìn)入的光線。
[0075]在計(jì)算Lw時(shí)，采用空氣中的長(zhǎng)度作為透鏡系統(tǒng)的后焦距部分。例如，當(dāng)沒(méi)有屈光力的構(gòu)件(如濾光器和蓋玻璃)插入最靠近圖像側(cè)透鏡和像面之間時(shí)，通過(guò)采用空氣中的長(zhǎng)度作為該構(gòu)件的厚度計(jì)算Lw。
[0076]在本發(fā)明的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)透鏡包括非球面表面時(shí)，在近軸區(qū)中考慮透鏡的表面的形狀和透鏡的屈光力的符號(hào)。
[0077]本發(fā)明的成像設(shè)備包括本發(fā)明的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)和成像裝置，該成像裝置對(duì)由可變放大率光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像并輸出作為電信號(hào)的光學(xué)圖像。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的第一可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，負(fù)的第一透鏡組、光闌和正的第二透鏡組以此順序從物體側(cè)開(kāi)始設(shè)置。進(jìn)一步，第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短。進(jìn)一步，孔徑光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且第一透鏡組的結(jié)構(gòu)被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置。特別地，正透鏡在第一透鏡組中設(shè)置在最靠近物體側(cè)，選擇正透鏡的材料以滿足公式(I)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種小且以低成本構(gòu)造而成的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中在該光學(xué)系統(tǒng)具有大的相對(duì)孔徑的同時(shí)確保高的光學(xué)性能，并且所述可變放大率光學(xué)系統(tǒng)具有相對(duì)中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的第二可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，負(fù)的第一透鏡組、光闌和正的第二透鏡組以此順序從物體側(cè)開(kāi)始設(shè)置。進(jìn)一步，第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短。進(jìn)一步，孔徑光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且第一透鏡組的結(jié)構(gòu)被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置。特別地，具有凸起物體側(cè)表面的正彎月透鏡在第一透鏡組中設(shè)置在最靠近物體側(cè)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種小且以低成本被構(gòu)造而成的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中在該光學(xué)系統(tǒng)具有大的相對(duì)孔徑的同時(shí)確保高的光學(xué)性能，并且所述可變放大率光學(xué)系統(tǒng)具有相對(duì)中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍。
[0080]進(jìn)一步，本發(fā)明的成像設(shè)備包括本發(fā)明的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)。因此，該成像設(shè)備小且能夠以低成本構(gòu)造而成，甚至在低照度環(huán)境中進(jìn)行拍攝也是可行的，并且能夠以較高的放大比率獲得優(yōu)質(zhì)的圖像。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0081]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處的透鏡結(jié)構(gòu)和近軸光線的橫截面；
[0082]圖2(A)至2(C)是分別圖示本發(fā)明的示例I中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0083]圖3(A)至3(C)是分別圖示本發(fā)明的示例2中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0084]圖4(A)至4 (C)是分別圖示本發(fā)明的示例3中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0085]圖5(A)至5(C)是分別圖示本發(fā)明的示例4中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0086]圖6(A)至6 (C)是分別圖示本發(fā)明的示例5中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0087]圖7 (A)至7 (C)是分別圖示本發(fā)明的示例6中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0088]圖8(A)至8 (C)是分別圖示本發(fā)明的示例7中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0089]圖9 (A)至9 (C)是分別圖示本發(fā)明的示例8中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0090]圖10㈧至10(C)是分別圖示本發(fā)明的示例9中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0091]圖1l(A)至圖1l(C)是分別圖示本發(fā)明的示例10中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、和在長(zhǎng)焦端處的透鏡結(jié)構(gòu)的橫截面；
[0092]圖12(A)至圖12(1)是本發(fā)明的示例I中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0093]圖13(A)至圖13(1)是本發(fā)明的示例2中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0094]圖14(A)至圖14(1)是本發(fā)明的示例3中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；[0095]圖15(A)至圖15(1)是本發(fā)明的示例4中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0096]圖16(A)至圖16(1)是本發(fā)明的示例5中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0097]圖17(A)至圖17(1)是本發(fā)明的示例6中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0098]圖18(A)至圖18(1)是本發(fā)明的示例7中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0099]圖19(A)至圖19(1)是本發(fā)明的示例8中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0100]圖20(A)至圖20(1)是本發(fā)明的示例9中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；
[0101]圖21 (A)至圖21 (I)是本發(fā)明的示例10中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的像差示意圖；以及
[0102]圖22是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備的配置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0103]以下，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在該光學(xué)系統(tǒng)聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)的物體上時(shí)在廣角端和長(zhǎng)焦端處的結(jié)構(gòu)示例的橫截面。圖1中圖示的示例對(duì)應(yīng)于稍后將被描述的示例I中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)。在圖1中，左側(cè)是物體側(cè)，右側(cè)是圖像側(cè)。在圖1中，還圖示了近軸光線A。
[0104]可變放大率光學(xué)系統(tǒng)由沿著光軸Z從物體側(cè)順序地設(shè)置的具有負(fù)屈光力的第一透鏡組G1、孔徑光闌St和具有正屈光力的第二透鏡組G2構(gòu)成。第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短?？讖焦怅@St在放大率變化期間相對(duì)于像面Sim固定。圖1中圖示的孔徑光闌St沒(méi)有必要表示孔徑光闌St的尺寸或形狀，而是表示孔徑光闌St在光軸Z上的位置。
[0105]當(dāng)可變放大率光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于成像設(shè)備時(shí)，希望基于上面安裝有透鏡的相機(jī)側(cè)的結(jié)構(gòu)在光學(xué)系統(tǒng)和像面Sim之間設(shè)置蓋玻璃、棱鏡、以及各種濾波器，如紅外線截止濾光器和低通濾波器。因此，圖1圖示了一種其中假設(shè)是這種元件的平行平板形光學(xué)構(gòu)件PP設(shè)置在第二透鏡組G2和像面Sim之間的示例。
[0106]如圖1所示，第一透鏡組Gl由從物體側(cè)順序地設(shè)置的為具有凸起物體側(cè)表面的正透鏡的透鏡L1、為負(fù)透鏡的透鏡L2和為負(fù)透鏡的透鏡L3構(gòu)成。第一透鏡組Gl中的所有透鏡可以是單透鏡，并且這是有成本有利的。
[0107]例如，如圖1所示，第二透鏡組G2可以由從物體側(cè)順序地設(shè)置的為雙凸透鏡的透鏡L4、為負(fù)彎月透鏡的透鏡L5、為雙凸透鏡的透鏡L6、為雙凹透鏡的透鏡L7和為正透鏡的透鏡L8構(gòu)成。
[0108]本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)具有由負(fù)組和正組構(gòu)成的兩組式結(jié)構(gòu)。負(fù)的第一透鏡組Gl和正的第二透鏡組G2從物體側(cè)順序地設(shè)置。在負(fù)的第一透鏡組Gl中，正透鏡設(shè)置在最靠近物體側(cè)。因此，從物體側(cè)開(kāi)始布置是正和負(fù)。在正的第二透鏡組G2中，由透鏡L4至L6構(gòu)成并具有強(qiáng)正屈光力的前側(cè)子透鏡組設(shè)置在物體側(cè)。進(jìn)一步，由透鏡L7和L8構(gòu)成并具有負(fù)屈光力的后側(cè)子透鏡組設(shè)置在圖像側(cè)。因此，該結(jié)構(gòu)是正屈光力設(shè)置在物體側(cè)而負(fù)屈光力設(shè)置在圖像側(cè)的長(zhǎng)焦鏡頭式結(jié)構(gòu)。由于采用這種結(jié)構(gòu)，因此能夠縮短透鏡系統(tǒng)的透鏡長(zhǎng)度。
[0109]孔徑光闌St獨(dú)立于第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2，并且在放大率變化期間相對(duì)于像面固定?？讖焦怅@St設(shè)置在第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間。如在圖1中圖示的示例中，當(dāng)正透鏡(對(duì)應(yīng)于透鏡LI和透鏡L8)相對(duì)于作為中心的孔徑光闌St設(shè)置在整個(gè)系統(tǒng)的最外側(cè)，并且負(fù)透鏡(對(duì)應(yīng)于透鏡L2和透鏡L7)緊鄰正透鏡的內(nèi)側(cè)設(shè)置時(shí)，能夠使整個(gè)系統(tǒng)的珀茲伐和的絕對(duì)值變小，并且通過(guò)提供關(guān)于孔徑光闌St的對(duì)稱性而能夠抑制由非對(duì)稱引起的各種離軸像差。因此，能夠在整個(gè)可變放大率范圍內(nèi)在整個(gè)成像區(qū)域中保持出色的成像性能。
[0110]在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，正透鏡LI在第一透鏡組Gl中設(shè)置在最靠近物體側(cè)。在由負(fù)組和正組構(gòu)成的、具有中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍且其中廣角端處的焦距稍長(zhǎng)的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，正透鏡在具有負(fù)屈光力的第一透鏡組Gl中設(shè)置在最靠近物體側(cè)。因此，能夠使整個(gè)系統(tǒng)緊湊，并且同時(shí)在整個(gè)可變放大率范圍內(nèi)確保出色的成像性能。
[0111]透鏡LI的形狀向著物體側(cè)凸起。在該情況中，希望的是，物體側(cè)表面的曲率半徑的絕對(duì)值小于圖像側(cè)表面的曲率半徑的絕對(duì)值。在這種情況中，能夠更容易地抑制整個(gè)透鏡長(zhǎng)度和透鏡直徑，使得所述透鏡長(zhǎng)度和透鏡直徑在由負(fù)組和正組構(gòu)成并具有前述可變放大率范圍的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中較小。
[0112]在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，透鏡LI的結(jié)構(gòu)是重要的。希望的是，以滿足下述公式(I)的方式選擇透鏡LI的材料:
[0113]25.5 < vdl < 50...(I)，其中
[0114]vdl:第一透鏡組Gl中的正透鏡LI關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0115]公式(I)限定了出色地保持色像差的正透鏡LI的阿貝數(shù)的范圍。當(dāng)所述值低于公式(I)的下限時(shí)，二級(jí)光譜變得較差，藍(lán)光側(cè)雜光(flare)增加，并且圖像質(zhì)量惡化。當(dāng)所述值超過(guò)公式(I)的上限時(shí)，能夠減少這種二級(jí)光譜。然而，第一透鏡組Gl中的正透鏡的屈光力和負(fù)透鏡的屈光力對(duì)消色像差來(lái)說(shuō)相對(duì)于彼此變強(qiáng)，并且所述正透鏡和所述負(fù)透鏡必須粘合在一起以通過(guò)離軸光線。這導(dǎo)致成本增加，以及彗形像差和像面彎曲的急劇產(chǎn)生。因此，性能惡化。
[0116]因此，更希望的是，代替公式(I)，滿足下述公式(1-1):
[0117]29 < vdl < 40...(1-1)。
[0118]進(jìn)一步，對(duì)于透鏡LI，希望的是，滿足下述公式(2):
[0119]0.8 < fl/fw < 2.5...(2)，其中
[0120]fl:第一透鏡組Gl中的正透鏡LI的焦距，以及
[0121]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
[0122]透鏡LI具有減少由整個(gè)第一透鏡組Gl的負(fù)屈光力的色散特性等引起的過(guò)度校正的球面像差的功能。因此，需要認(rèn)真地考慮正屈光力至透鏡LI的分配，并且這由公式(2)限定。當(dāng)所述值低于公式(2)的下限時(shí)，透鏡LI的正屈光力變得太強(qiáng)。因此，變得在廣角側(cè)難以通過(guò)離軸光線，除非透鏡LI與后面的在透鏡LI的圖像側(cè)的負(fù)透鏡粘合在一起。廣角端處的焦距變長(zhǎng)，并且變得不能夠保持期望的視場(chǎng)角。進(jìn)一步，即使透鏡粘合在一起，球面像差和離軸像差也變得不平衡，并且不能獲得出色的成像性能。
[0123]當(dāng)所述值超過(guò)公式(2)的上限時(shí)，后焦距相反變得太長(zhǎng)，并且整個(gè)系統(tǒng)的整個(gè)透鏡長(zhǎng)度變得太長(zhǎng)，這與尺寸減小相矛盾。當(dāng)所述值超過(guò)公式(2)的上限時(shí)，第一透鏡組Gl中的正屈光力變得太弱，并且在第一透鏡組Gl中過(guò)度地產(chǎn)生球面像差。因此，變得不能夠抑制廣角側(cè)和長(zhǎng)焦側(cè)兩側(cè)的球面像差使得球面像差小。在該情況中，如果通過(guò)增加透鏡LI和后面的在透鏡LI的圖像側(cè)的負(fù)透鏡之間的距離來(lái)校正球面像差，則透鏡LI的外徑變得太大，并且這阻止系統(tǒng)變得緊湊。
[0124]因此，更希望的是，代替公式(2)，滿足下述公式(2-1):
[0125]1.0 < fl/fw < 2.0...(2-1) ?
[0126]在這里，作為用于在不使透鏡LI的正屈光力非常強(qiáng)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)的方法，采用具有凸起物體側(cè)表面的正彎月透鏡作為透鏡LI的方法是有效的。當(dāng)透鏡LI是正彎月透鏡時(shí)，與采用雙凸透鏡作為透鏡LI的情況相比，能夠通過(guò)減小透鏡LI的物體側(cè)表面的曲率半徑的絕對(duì)值增加近軸光線的折射角。因此，能夠使透鏡LI的圖像側(cè)表面上的從透鏡LI射出的光線的高度降低。因此，能夠獲得類似于增加透鏡LI的屈光力的效果的效果。進(jìn)一步，與其中透鏡LI是雙凸透鏡或平凸透鏡的情況相比，透鏡LI的正屈光力由于透鏡LI的凹入圖像側(cè)表面而變?nèi)?。因此，能夠使整個(gè)長(zhǎng)度變短而不使透鏡LI的屈光力變強(qiáng)。進(jìn)一步，當(dāng)透鏡LI是正彎月透鏡時(shí)，對(duì)于近軸光線也能夠使透鏡LI中的入射角和出射角之間的差變小。因此，能夠抑制離軸像差的產(chǎn)生。
[0127]在這里，需要考慮透鏡LI的材料的阿貝數(shù)的范圍以抑制色像差的產(chǎn)生。當(dāng)透鏡LI是正彎月透鏡時(shí)，透鏡LI的屈光力相對(duì)弱。因此，與其中透鏡LI的形狀不限于彎曲形狀的情況相比，可以將更寬的范圍視為該材料的阿貝數(shù)的合適范圍。因此，當(dāng)透鏡LI是正彎月透鏡時(shí)，希望的是，滿足下述公式(IA):
[0128]21 < vdl < 50...(IA)，其中
[0129]vdl:第一透鏡組Gl中的正透鏡LI關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0130]當(dāng)所述值低于公式(IA)的`下限時(shí)，阿貝數(shù)vdl比所需要的小。能夠使第一透鏡組Gl中用于消色像差的正透鏡和負(fù)透鏡中的每一個(gè)的屈光力變?nèi)?，并且這對(duì)球面像差和像面彎曲的校正是有利的。然而，色像差的二級(jí)光譜變差，并且變得不能夠抑制彩色條紋的產(chǎn)生。
[0131]當(dāng)所述值超過(guò)公式(IA)的上限時(shí)，第一透鏡組Gl中用于消色像差的正透鏡和負(fù)透鏡中的每一個(gè)的屈光力變強(qiáng)。二級(jí)光譜減少，并且能夠以出色的方式校正彩色條紋。然而，球面像差和像面彎曲的像差產(chǎn)生量變大，并且成像性能根據(jù)是近軸還是離軸或根據(jù)在廣角端還是在長(zhǎng)焦端而變得不一致。因此，變得不能夠在整個(gè)可變放大率范圍內(nèi)保持出色的成像關(guān)系。
[0132]因此，更希望的是，代替公式(IA)，滿足下述公式(1A-1):
[0133]22 < vdl < 50…(1A-1)。
[0134]作為透鏡LI的形狀和阿貝數(shù)的期望組合，存在其中透鏡LI是具有凸起物體側(cè)表面的正透鏡并滿足公式(I)的情況，以及其中透鏡LI是具有凸起物體側(cè)表面的正彎月透鏡并滿足公式(IA)的情況，如上所述。透鏡LI的結(jié)構(gòu)可以不同于這兩種期望的結(jié)構(gòu)。例如，透鏡LI可以被設(shè)計(jì)為關(guān)于d線具有25.4的阿貝數(shù)的雙凸透鏡。然而，在這種情況中，存在產(chǎn)生缺陷,如產(chǎn)生彩色條紋的風(fēng)險(xiǎn)。
[0135]希望的是，第一透鏡組Gl中的兩個(gè)負(fù)透鏡L2和L3中的至少一個(gè)是雙凹透鏡。由于第一透鏡組Gl具有負(fù)屈光力，近軸光線以遠(yuǎn)離光軸Z的方式從第一透鏡組Gl出射,而離軸光線以更靠近光軸Z的方向向著第一透鏡組Gl的圖像側(cè)的孔徑光闌St出射。當(dāng)?shù)谝煌哥R組Gl中最靠近圖像側(cè)的負(fù)透鏡L3是雙凹透鏡時(shí)，近軸光線的出射角的方向和離軸光線的出射角的方向之間的差被抑制。進(jìn)一步，還能夠減小兩種光線的入射角和出射角之間的差。因此，能夠抑制所產(chǎn)生的像差的量。
[0136]如果透鏡L3的形狀被改變成彎月形狀同時(shí)保持透鏡L3的負(fù)屈光力，則近軸光線或離軸光線的入射角和出射角之間的差由于出射角之間的差而增加。因此，產(chǎn)生過(guò)多的像差，并且即使通過(guò)第二透鏡組G2的會(huì)聚作用，恢復(fù)也變得不可能。進(jìn)一步，變得不能夠在成像區(qū)域的中心處和周邊中保持出色的成像性能。因此，變得需要減弱透鏡L3的負(fù)屈光力。然而，在這種情況中，變得需要將負(fù)屈光力分配至第一透鏡組Gl中的其它組成元件。因此，希望的是，透鏡L2是雙凹透鏡。
[0137]當(dāng)?shù)诙哥R組G2采用由從物體側(cè)順序地設(shè)置的雙凸透鏡L4、負(fù)彎月透鏡L5、雙凸透鏡L6、雙凹透鏡L7和正透鏡L8構(gòu)成的五透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，希望的是，滿足下述公式(3)或滿足下述公式(4)至(6)。當(dāng)以這種方式構(gòu)造第二透鏡組G2時(shí)，能夠防止在中長(zhǎng)焦式范圍的規(guī)格中兩組式可變放大系統(tǒng)的尺寸的進(jìn)一步增加，其中在所述兩組式可變放大系統(tǒng)中，整個(gè)透鏡長(zhǎng)度由于透鏡的結(jié)構(gòu)而往往會(huì)變長(zhǎng)。能夠在廣角端至長(zhǎng)焦端的整個(gè)范圍內(nèi)在整個(gè)成像區(qū)域中實(shí)現(xiàn)出色的成像性能，并減小尺寸:
[0138]0.5 < f4/fG2 < 1.3...(3)；
[0139]-0.6 < fG2F/fG2B < -0.2...(4)；
[0140]O < vd7-vd8 < 25...(5);和
[0141]15 < vd8 < 33...(6)，其中
[0142]f4:第二透鏡組G2中的透鏡L4的焦距，
[0143]fG2:第二透鏡組G2的焦距，
[0144]fG2F:第二透鏡組G2中的三個(gè)物體側(cè)透鏡的組合焦距，
[0145]fG2B:第二透鏡組G2中的兩個(gè)圖像側(cè)透鏡的組合焦距，
[0146]vd7:第二透鏡組G2中的透鏡L7關(guān)于d線的阿貝數(shù)，以及
[0147]vd8:第二透鏡組G2中的透鏡L8關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
[0148]公式(3)與第二透鏡組G2中設(shè)置在最靠近物體側(cè)的正透鏡L4的屈光力與第二透鏡組G2的屈光力的比值有關(guān)。如圖1所示，在整個(gè)系統(tǒng)中近軸光線的邊緣光線的高度在透鏡L4處最高。因此，透鏡L4對(duì)規(guī)格和性能的影響強(qiáng)。
[0149]當(dāng)所述值低于公式(3)的下限時(shí)，透鏡L4的屈光力太強(qiáng)，并且整個(gè)系統(tǒng)的后焦距變短，用于將濾光器等設(shè)置在透鏡系統(tǒng)和像面Sim之間的空間變得不足。因此，變得難以將光學(xué)系統(tǒng)安裝在成像設(shè)備上。如果試圖通過(guò)透鏡L4的圖像側(cè)的后面的透鏡補(bǔ)償透鏡L4的強(qiáng)屈光力的多余部分，則離軸像差(如離軸彗形像差和像面彎曲)的產(chǎn)生增加。因此，變得不能夠在整個(gè)成像區(qū)域中保持出色的成像性能。
[0150]當(dāng)所述值超過(guò)公式(3)的上限時(shí)，透鏡L4的屈光力變?nèi)?。因此，變得需要增加正透鏡L6的屈光力。因此，變得難以在整個(gè)系統(tǒng)中出色地校正包括二級(jí)光譜的縱向色像差并同時(shí)校正球面像差。
[0151]公式(4)限定第二透鏡組G2中的前側(cè)子透鏡組的組合焦距f2GF和第二透鏡組G2中的后側(cè)子透鏡組的組合焦距f2GB之間的關(guān)系。前側(cè)子透鏡組由第二透鏡組G2中的物體側(cè)的透鏡L4至L6構(gòu)成，后側(cè)子透鏡組由第二透鏡組G2中圖像側(cè)的透鏡L7和L8構(gòu)成。如已經(jīng)描述的那樣，本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中的第二透鏡組G2對(duì)于前側(cè)子透鏡組和后側(cè)子透鏡組采用正屈光力和負(fù)屈光力的長(zhǎng)焦鏡頭式分布以減小透鏡系統(tǒng)的整體長(zhǎng)度。屈光力的分布對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有影響。
[0152]當(dāng)所述值低于公式(4)的下限時(shí)，前側(cè)子透鏡組的正屈光力變得太弱，整個(gè)系統(tǒng)的后焦距變長(zhǎng)，并且整個(gè)透鏡長(zhǎng)度變長(zhǎng)。因此，緊湊性受到損害。進(jìn)一步，像面彎曲被過(guò)度地校正，并且這導(dǎo)致離軸周邊區(qū)域中的性能惡化，這是不希望的。
[0153]當(dāng)所述值超過(guò)公式(4)的上限時(shí)，前側(cè)子透鏡組的正屈光力變強(qiáng)，并且第二透鏡組G2變得更加遠(yuǎn)焦。特別是廣角端處的后焦距在整個(gè)系統(tǒng)中變得太短，并且變得難以將光學(xué)系統(tǒng)安裝在成像設(shè)備上。當(dāng)所述值超過(guò)公式(4)的上限時(shí)，后側(cè)子透鏡組的負(fù)屈光力變得太弱，并且像面彎曲的校正變得不充分。因此，離軸性能惡化。
[0154]應(yīng)當(dāng)在滿足公式(4)的同時(shí)滿足公式(5)和(6)以出色地保持色像差，特別地，滿足橫向色像差。公式(5)與構(gòu)成第二透鏡組G2中的后側(cè)子透鏡組的透鏡L7和L8的材料有關(guān)。當(dāng)負(fù)透鏡L7的阿貝數(shù)被形成為更接近正透鏡L8的阿貝數(shù)以校正色像差時(shí)，與透鏡L8的正屈光力相比，透鏡L7的負(fù)屈光力變強(qiáng)。因此，第二透鏡組G2中的后側(cè)子透鏡組的負(fù)屈光力變強(qiáng)，并且所述值變?yōu)榻咏?4)的上限。當(dāng)透鏡L7的阿貝數(shù)以與透鏡L8的阿貝數(shù)的差增加的方式改變時(shí)，透鏡L7的負(fù)屈光力變?nèi)酰⑶宜鲋底優(yōu)榻咏?4)的下限。換句話說(shuō)，當(dāng)由公式(5)限定的范圍未得到滿足時(shí)，公式⑷不能得到滿足。因此，發(fā)生在公式(4)未能得到滿足時(shí)出現(xiàn)的前述問(wèn)題。
[0155]類似地，關(guān)于公式(6)，即使由公式(6)限定的范圍未得到滿足也可以校正色像差。然而，當(dāng)由公式(6)限定的范圍未得到滿足時(shí)，公式(4)不能得到滿足，并且出現(xiàn)類似的問(wèn)題。進(jìn)一步，如果在滿足公式(4)的同時(shí)校正色像差，必要的是正透鏡L8的阿貝數(shù)vd8在由公式(6)限定的范圍內(nèi)。如果正透鏡L8的阿貝數(shù)vd8在由公式(6)限定的范圍之外，貝U出現(xiàn)色像差的校正變得困難的問(wèn)題、成像性能惡化的問(wèn)題、以及緊湊性受到損害的問(wèn)題之一 O
[0156]因此，更希望的是，代替公式(6)，滿足下述公式(6-1):
[0157]20 < vd8 < 30...(6-1)。
[0158]構(gòu)成第二透鏡組G2的所有透鏡可以是單透鏡，但第二透鏡組G2可以包括至少一個(gè)粘合透鏡。作為粘合透鏡，可以采用由透鏡L4和透鏡L5形成的粘合透鏡、由透鏡L5和透鏡L6形成的粘合透鏡、由透鏡L6和透鏡L7形成的粘合透鏡。
[0159]在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，第二透鏡組G2包括滿足下述公式(7)的至少一個(gè)粘合表面:
[0160]-0.75 < Rc/fw < 0.70...(7)，其中
[0161]Re:粘合表面的曲率半徑，以及
[0162]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
[0163]異常色散材料的使用對(duì)使色像差(特別是包括二級(jí)光譜的縱向色像差)出色是必要的。然而，在用于消色像差的一對(duì)透鏡中，需要使該對(duì)透鏡中的一個(gè)透鏡的屈光力和該對(duì)透鏡中的另一個(gè)透鏡的屈光力相對(duì)于彼此變強(qiáng)以進(jìn)一步減少二級(jí)光譜。此時(shí)，如果在該對(duì)透鏡中的所述一個(gè)透鏡和該對(duì)透鏡中的所述另一個(gè)透鏡之間存在空氣，則彼此面對(duì)的表面的曲率變大，產(chǎn)生高階球面像差，并且成像性能惡化，這是不希望的。因此，如果具有大曲率并彼此面對(duì)的表面粘合在一起，則前述問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)，并且獲得出色的成像性能。
[0164]當(dāng)?shù)诙哥R組G2由從物體側(cè)順序地設(shè)置的雙凸透鏡、負(fù)彎月透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡和正透鏡構(gòu)成，并且具有滿足公式(7)的大曲率的粘合表面設(shè)置在第二透鏡組G2中時(shí)，能夠減少包括二級(jí)光譜的色像差，并且實(shí)現(xiàn)具有出色的成像性能的小型可變放大率光學(xué)系統(tǒng)。進(jìn)一步，粘合特征可以減輕由表面距離的生產(chǎn)誤差引起的性能惡化。進(jìn)一步，改善了組裝性能。
[0165]公式(7)是表示第二透鏡組G2中的粘合表面的曲率半徑是Re時(shí)所述曲率半徑Re和整個(gè)系統(tǒng)的焦距fw之間的關(guān)系式。當(dāng)所述值在由公式(7)限定的范圍之外時(shí)，變得難以充分地校正包括二級(jí)光譜的色像差。
[0166]在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，滿足下述公式(8):
[0167]1.2 < H1/H6 < 1.5...(8)，其中
[0168]Hl:第一透鏡組Gl中最靠近物體側(cè)表面的近軸光線的邊緣光線在廣角端處的高度，以及
[0169]H6:第一透鏡組Gl中最靠近圖像側(cè)表面的近軸光線的邊緣光線在廣角端處的高度。
[0170]公式(8)可以被視為表示將正透鏡LI在第一透鏡組Gl中設(shè)置在物體側(cè)的效果的公式。本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的特有特征是具有凸起物體側(cè)表面的正透鏡在第一透鏡組Gl中設(shè)置在最靠近物體側(cè)。如已經(jīng)描述的那樣，該特征用于在由負(fù)組和正組構(gòu)成的具有中長(zhǎng)焦型可變放大率范圍的兩組式可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中使整個(gè)透鏡長(zhǎng)度和透鏡直徑變小。公式(8)證實(shí)了這種效果。
[0171]具體地，當(dāng)進(jìn)入透鏡LI的物體側(cè)表面的邊緣光線的高度是Hl，并且從透鏡L3的圖像側(cè)表面出射的邊緣光線的高度是H6時(shí)，公式(8)限定了關(guān)于來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)處的物體的近軸光線在廣角端處的合適的H1/H6范圍。
[0172]當(dāng)所述值低于公式⑶的下限時(shí)，在廣角端處的孔徑光闌的直徑僅減小該比值。進(jìn)一步，后焦距不是非常短。因此，整個(gè)透鏡長(zhǎng)度不能變短，并且可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的緊湊性不充分。當(dāng)所述值超過(guò)公式(8)的上限時(shí)，透鏡系統(tǒng)的尺寸減小是更加可期望的。然而，透鏡LI的屈光力太強(qiáng)，并且廣角側(cè)的離軸光線不能充分地通過(guò)。因此，出現(xiàn)不能獲得預(yù)期的視場(chǎng)角的問(wèn)題，周邊區(qū)域中的成像性能惡化的問(wèn)題等。
[0173]在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，希望的是，滿足下述公式(9)和(10):
[0174]1.4 < dw/fw <2.2...(9) -M
[0175]4.5 < Lw/fw < 5.6...(10)，其中
[0176]dw:在廣角端處第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間在光軸上的距離，
[0177]fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距，以及
[0178]Lw:在廣角端處整個(gè)透鏡長(zhǎng)度。
[0179]公式(9)與本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2在廣角端處的必要距離dw的范圍有關(guān)。在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中，孔徑光闌St相對(duì)于像面Sim固定。Dw的值通過(guò)下述方式獲得:即將孔徑光闌機(jī)構(gòu)附近的必要空間添加至第一透鏡組Gl的移動(dòng)量和第二透鏡組G2的移動(dòng)量以用于實(shí)現(xiàn)在本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)中假設(shè)的可變放大比率，如，約2.4倍的可變放大比率。公式(9)限定了 dw與fw的合適比值的范圍。
[0180]當(dāng)所述值低于公式(9)的下限時(shí)，需要進(jìn)一步減少第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2的移動(dòng)量。進(jìn)一步，需要增加第一透鏡組Gl的負(fù)屈光力和第二透鏡組G2的正屈光力。因此，變得不能夠保持出色的成像性能。當(dāng)所述值超過(guò)公式(9)的上限時(shí)，第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間的距離變長(zhǎng)，并且整個(gè)系統(tǒng)的尺寸變得太大，這與尺寸減小相矛盾。
[0181]公式(10)限定了整個(gè)透鏡長(zhǎng)度Lw(在光軸上從整個(gè)系統(tǒng)中最靠近物體側(cè)表面至像面Sim的距離)與廣角端處的焦距fw的合適比值的范圍。當(dāng)所述值低于公式(10)的下限時(shí)，能夠進(jìn)一步減小透鏡系統(tǒng)的尺寸。然而，變得需要增加第一透鏡組Gl的負(fù)屈光力和第二透鏡組G2的正屈光力，或者減小可變放大比率。因此，變得不能夠保持出色的成像性能，或者不能夠?qū)崿F(xiàn)期望的規(guī)格。此外，當(dāng)?shù)谝煌哥R組Gl中的透鏡LI的正屈光力變得較強(qiáng)時(shí)，所述值低于公式(10)的下限。在這種情況中，廣角端處的后焦距變得不足，并且不能夠?qū)⒃摴鈱W(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于成像設(shè)備。
[0182]當(dāng)所述值超過(guò)公式(10)的上限時(shí)，廣角端處的焦距變得較短，并且第一透鏡組Gl中的透鏡的外徑變大。因此，變得難以減小尺寸。進(jìn)一步，第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2在放大率變化期間的移動(dòng)量變大。進(jìn)一步，透鏡系統(tǒng)的直徑增加，并且緊湊性受到損害，這是不希望的。
[0183]當(dāng)本實(shí)施例的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)用在苛刻環(huán)境中時(shí)，希望的是，涂敷用于保護(hù)的多層涂層。除了用于保護(hù)的涂層之外，還可以涂敷用于減少使用期間的幻影光等的抗反射涂層。
[0184]在圖1中圖示的示例中，光學(xué)構(gòu)件PP設(shè)置在透鏡系統(tǒng)和像面Sim之間。代替設(shè)置各種濾波器(如截止特定波長(zhǎng)帶的低通濾波器和濾光器等)，所述各種濾波器可以設(shè)置在透鏡之間?？商鎿Q地，具有類似于各種濾波器的作用的涂層可以涂敷至透鏡中的一個(gè)的透鏡表面。
[0185]接下來(lái)，將描述本發(fā)明的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值示例。圖2(A)，圖2(B)和圖2(C)分別圖示示例I中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的透鏡在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、在長(zhǎng)焦端處的配置。在圖2(A)至圖2(C)中，還圖示了光學(xué)構(gòu)件PP，左側(cè)是物體側(cè)，并且右側(cè)是圖像側(cè)。所圖示的孔徑光闌St沒(méi)有必要表示孔徑光闌St的尺寸或形狀，而是表示孔徑光闌St在光軸Z上的位置。進(jìn)一步，圖2㈧和圖2(B)之間的箭頭以及圖2(B)和圖2(C)之間的箭頭示意性地指示在放大率改變時(shí)移動(dòng)的透鏡組的移動(dòng)路徑。
[0186]類似地，圖3 (A)至圖3 (C)，圖4 (A)至圖4 (C)，圖5 (A)至圖5 (C)，圖6 (A)至圖6(C)，圖 7(A)至圖 7(C)，圖 8(A)至圖 8(C)，圖 9(A)至圖 9(C)，圖 10(A)至圖 10(C)，以及圖1l(A)至圖1l(C)分別示例2至10中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的透鏡在廣角端處、在中焦距狀態(tài)下、在長(zhǎng)焦端處的配置。
[0187]表I的上部示出示例I中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的基本透鏡數(shù)據(jù)，表I的下部示出可變放大率的數(shù)據(jù)。類似地，表3、表5、表7、表9、表11、表13、表14、表15和表17示出不例2至10中的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。表2、表4、表6、表8、表10、表12和表16不出示例I至6和示例9中的包括非球面表面的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)的非球面系數(shù)。接下來(lái)，將采用示例的表作為示例描述表中的符號(hào)的含義。示例2至10的表中的符號(hào)的含義基本上類似。[0188]在表I的上部中的基本透鏡數(shù)據(jù)中，Si欄示出第i (i = 1，2，3，...)個(gè)表面的表面編號(hào)。元件的最靠近物體側(cè)表面的表面編號(hào)是第一表面，表面編號(hào)向著圖像側(cè)順序地增加。Ri欄示出第i個(gè)表面的曲率半徑。Di欄示出在光軸Z上第i個(gè)表面和第(i+1)個(gè)表面之間的距離。Ndi欄示出第i個(gè)表面和第(i+1)個(gè)表面之間的介質(zhì)關(guān)于d線(波長(zhǎng)是587.6nm)的折射率，vdj欄示出當(dāng)最靠近物體側(cè)光學(xué)元件是第一光學(xué)元件時(shí)第j(j = 1，2，3，...)個(gè)光學(xué)元件關(guān)于d線的阿貝數(shù)，j的值向著圖像側(cè)順序地增加。
[0189]曲率半徑的符號(hào)在表面的形狀向著物體側(cè)凸起時(shí)是正的，在表面的形狀向著圖像側(cè)凸起時(shí)是負(fù)的。基本透鏡數(shù)據(jù)包括孔徑光闌St和光學(xué)構(gòu)件PP。為對(duì)應(yīng)于Ri欄的孔徑光闌St的表面寫下符號(hào)(孔徑光闌)”。進(jìn)一步，為對(duì)應(yīng)于Ri欄的像面的表面寫下符號(hào)“①(像面)”。
[0190]在表的基本透鏡數(shù)據(jù)中，”變量1”，”變量2”和“變量3”被寫在放大率改變時(shí)變化的表面距離行中。變量I是第一透鏡組Gl和孔徑光闌St之間的距離，變量2是孔徑光闌St和第二透鏡組G2之間的距離，變量3是第二透鏡組G2和光學(xué)構(gòu)件PP之間的距離。
[0191]表I的下部的可變放大率的數(shù)據(jù)示出在廣角端處、中焦距狀態(tài)下和長(zhǎng)焦端處變量1、變量2、變量3、整個(gè)系統(tǒng)的焦距、后焦距Bf’、F數(shù)(Fn0.)、全視場(chǎng)角2ω。在基本透鏡數(shù)據(jù)和可變放大率的數(shù)據(jù)中，度用作角度的單位，_用作長(zhǎng)度的單位。然而，由于可以通過(guò)按比例放大或縮小光學(xué)系統(tǒng)而使用該光學(xué)系統(tǒng)，因此可以使用其它合適的單位。
[0192]在表I的基本透鏡數(shù)據(jù)中，標(biāo)記*附在非球面表面的表面編號(hào)之后。表I示出作為非球面表面的曲率半徑的近軸曲率半徑的數(shù)值。表2示出關(guān)于非球面表面的非球面系數(shù)。在表2的數(shù)值中，“Ε-η” (η:整數(shù))是指“ X 10_n”。非球面系數(shù)是由下述方程式㈧表示的非球面方程式中的系數(shù)K，Am(m = 4,6,8,10)的值。在這里，方程式⑷中的Σ表示關(guān)于m(m = 4,6,8,10)項(xiàng)的和。
[0193]Zd = C.h2/{l+(l-K.C2.h2) 1/2} + Σ Am.hm...(A)，其中
[0194]Zd:非球面表面的深度(從非球面表面上高度h處的點(diǎn)到與非球面表面的頂點(diǎn)接觸并垂直于光軸的平面的垂直長(zhǎng)度)，
[0195]h:高度(從光軸至透鏡表面的長(zhǎng)度)，
[0196]C:近軸曲率，以及
[0197]K , Am:非球面系數(shù)(m = 4,6,8,10)。
[0198][表 I]
[0199]
【權(quán)利要求】
1.一種可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，包括: 具有負(fù)屈光力的第一透鏡組； 光闌；和 具有正屈光力的第二透鏡組，所述第一透鏡組、所述光闌和所述第二透鏡組從物體側(cè)順序地設(shè)置， 其中第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短，并且 其中光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且 其中第一透鏡組由從物體側(cè)順序地設(shè)置的正透鏡和兩個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，所述正透鏡具有凸起物體側(cè)表面，并且 其中滿足下述公式⑴:
25.5 < vdl < 50...(I)，其中 vdl:第一透鏡組中的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(2):
0.8 < fl/fw < 2.5...(2)，其中 Π:第一透鏡組中的正透鏡的焦距，以及 fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中第二透鏡組由從物體側(cè)順序地設(shè)置的雙凸透鏡、負(fù)彎月透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡和正透鏡構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(3):
0.5 < f4/fG2 < 1.3...(3)，其中 f4:第二透鏡組中最靠近物體側(cè)的雙凸透鏡的焦距，以及 fG2:第二透鏡組的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(4)至(6): -0.6 < fG2F/fG2B < -0.2...(4)； O < vd7-vd8 <25...(5);和 15 < vd8 <33...(6)，其中 fG2F:第二透鏡組中的三個(gè)物體側(cè)透鏡的組合焦距， fG2B:第二透鏡組中的兩個(gè)圖像側(cè)透鏡的組合焦距， vd7:第二透鏡組中的雙凹透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)，以及 vd8:第二透鏡組中的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(6-1):
20 < vd8 < 30...(6-1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中第二透鏡組包括滿足下述公式(7)的至少一個(gè)粘合表面:
-0.75 < Rc/fw < 0.70...(7)，其中
Re:粘合表面的曲率半徑，以及
fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(8):，1.2 < H1/H6 < 1.5...(8)，其中 Hl:在廣角端處第一透鏡組中最靠近物體側(cè)表面上的近軸光線的邊緣光線的高度， H6:在廣角端處第一透鏡組中最靠近圖像側(cè)表面上的近軸光線的邊緣光線的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(9)和(10): ， 1.4 < dw/fw <2.2...(9);和
，4.5 < Lw/fw < 5.6...(10)，其中 dw:在廣角端處第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸的距離， fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距，以及 Lw:在廣角端處整個(gè)透鏡長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(1-1): ， 29 < vdl < 40...(1-1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(2-1):
1.0 < fl/fw < 2.0...(2-1)，其中
Π:第一透鏡組中的正透鏡的焦距，以及
fw:整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距。
12.—種可變放大率光學(xué)系統(tǒng),包括: 具有負(fù)屈光力的第一透鏡組； 光闌；和 具有正屈光力的第二透鏡組，所述第一透鏡組、所述光闌和所述第二透鏡組從物體側(cè)順序地設(shè)置， 其中第一透鏡組和第二透鏡組之間沿光軸方向的距離在放大率從廣角端改變至長(zhǎng)焦端時(shí)變短，并且 其中光闌在放大率變化期間相對(duì)于像面固定，并且 其中第一透鏡組由從物體側(cè)順序地設(shè)置的正透鏡和兩個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，所述正透鏡具有凸起的物體側(cè)表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(IA): ， 21< vdl <50...(IA)，其中 vdl:第一透鏡組中的正透鏡關(guān)于d線的阿貝數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，其中滿足下述公式(1A-1):
，22< vdl < 50...(1A-1)。
15.—種成像設(shè)備,包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的可變放大率光學(xué)系統(tǒng)；和 成像裝置，該成像裝置對(duì)由可變放大率光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像進(jìn)行成像并輸出電信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G02B15/16GK103430075SQ201280012868
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】大野和則 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社