CN100406952C - 变焦光学系统及光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明能提供价格低廉、稳定性性能高的变焦光学系统及光学设备。另外，能提供一种可以批量生产的变焦光学系统及光学设备。并且，能提供一种对于温度湿度的变化稳定性能高的变焦光学系统及光学设备。从物体侧按顺序地排列有负的折射力在变焦过程中在光轴上移动的第1透镜组、有正的折射力在变焦过程中在光轴上移动的第2透镜组、在变焦过程中不移动的有正的折射力的第3透镜组。上述第1透镜组具有多片玻璃透镜101，103及和上述玻璃透镜101相邻配置的一片塑料透镜102，上述第2透镜组具有多片玻璃透镜201，203，204及和上述玻璃透镜201相邻配置的一片塑料透镜202。

Description

变焦光学系统及光学设备
技术领域
本发明有关适于拍摄静止画面的照相机等小型的并且适于低成本的广角的变焦光学系统及光学设备。
背景技术
使用固体摄像元素普通用的摄像机的变焦透镜，一方面追求高变焦、大口径比的高级机品质，而且一方面又追求价格低、方便、广角的普及型机。
以前，作为适合广角的透镜款式、可以举出用在传统相机的负组放在最前面的2组变焦(zoom)，如果这种款式使用在固体摄像元素用相机上，因是传统相机用，因为反射出去的瞳孔位置很短，存在焦点面上形成的周边光量降低等缺点，而不合适。为了解决此问题、提出在第2透镜组的后方上设立正的透镜组的建议。(例如：参照专利文献1)。
另外，在广角方面用变焦比3倍左右的变焦透镜，通过多用塑料透镜、和从前相比，以能提供谋求低价格的变焦透镜为目的，在文献里展示以下的方法：即这种变焦透镜从物体侧按顺序地构成有负折射力变焦过程中在光轴上移动的第1透镜组、有正折射力变焦过程中在光轴上移动的第2透镜组、变焦过程中固定的正折射力第3透镜组，在3组变焦透镜中，前述第1透镜组有一片负折射力的玻璃透镜和至少两片及两片以上的塑料透镜构成，前述第2透镜组至少有一片正折射力的玻璃透镜和至少由两片及两片以上的塑料透镜构成。(参照专利文献2)。
(专利文献1)专利公开3-11653号公报
(专利文献2)专利公开9-21950号公报
发明内容
在上述专利文献2所述的技术中，各组使用两片及两片以上的塑料透镜，虽力求降低成本，但塑料透镜其性能很容易有差异，因此在制造上质量不稳定，成品率低，不适宜大批量生产。另外，塑料透镜对温度湿度变化的稳定性也很低，因此，各组塑料透镜用得越多，问题点也会越来越多，而且，塑料透镜用得越多，各种像差的校正就越不充分，特别在广角端尺寸很容易变大，在小型化上有困难。
本发明之目的在于提供一种廉价、并性能好、稳定性高的变焦光学系统及光学设备。另一目的在于提供一种力求适合大量产生的变焦光学系统及光学设备。目的还在于提供一种对于温度、湿度的变化，稳定性高的变焦光学系统及光学设备。
另外，本发明之目的在于提供一种变焦光学系统及光学设备，它能充分进行各种像差的校正，而且，还以能提供小型的，变焦光学系统及光学设备。
本申请提供一种变焦光学系统，从物体侧按顺序地排列着有负折射力且变焦过程中在光轴上移动的第1透镜组、有正折射力且变焦过程中在光轴上移动的第2透镜组、和变焦过程中不移动的有正折射力的第3透镜组，
所述第1透镜组具有第1组玻璃透镜及和所述第1组玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜，所述第2透镜组具有第2组玻璃透镜及和所述第2组玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜，
在所述第1透镜组中，所述第1透镜组具有的塑料透镜和所述第1组玻璃透镜中的一片玻璃透镜在物体侧相邻配置，且被配置成比所述第1组玻璃透镜中的所述一片玻璃透镜更加远离物体侧，
所述第1透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP1r1和在所述物体侧相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG1r2，有0.8＜(RP1r1/RG1r2)＜1.2的关系。
本申请的变焦光学系统是从物体侧有次序地第1透镜组具有负折射力变焦过程中在光轴上移动，第2透镜组具有正折射力变焦过程中在光轴上移动，再有，第3透镜组在变焦过程中固定为正折射力。在这里，通过在前述第1透镜组中，减少塑料透镜的个数，不多用塑料透镜只使用一片，代替使用玻璃透镜，比起多用塑料透镜可以提高其折射率。另外，通过将以往在一个透镜组上两片及两片以上多用的塑料透镜改为用一片，代替第2片以后的塑料透镜使用玻璃透镜，可以达到制造上的稳定，而且，代替以往多用的两片及两片以上塑料透镜通过使用玻璃透镜，可以稳定快门附近面的形状。同样，在上述第2透镜组中，通过减少塑料透镜的个数，不多用塑料透镜改为只用一片，代替使用玻璃透镜，比起以往多用塑料透镜可以提高其折射率。另外，通过将以往在一个透镜组中多用两片及两片以上的塑料透镜改为使用只使用一片，代替第2片以后的塑料透镜使用玻璃透镜，可以达到制造上的稳定化，还有，代替以往多用的两片及两片以上的塑料透镜通过使用玻璃透镜，可以稳定快门附近面的形状。
另外，上述第1透镜组具有塑料透镜和上述第2透镜组具有塑料透镜，同时，其透镜面都做成非球面。
对于上述第1透镜组具有的塑料透镜和上述第2透镜组具有塑料透镜，通过在其透镜面的形状上使用非球面，可以校正球面像差等的基本像差。
另外，在上述第1透镜组里，上述第1透镜组具有的塑料透镜和上述多片的玻璃透镜中的一片在物体侧上相邻配置，上述第1透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP1r1、和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG1r2的结构做成具有0.8＜(RP1r1/RG1r2)＜1.2的关系。
上述第1透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP1r1、和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG1r2结构做成具有0.8＜(RP1r1/RG1r2)＜1.2的关系。RG1r2所发生的像差用RP1r1立即可以校正，整个系统的像差校正显著地变得容易。
同样，在上述第2透镜组中，上述第2透镜组具有的塑料透镜和上述多片玻璃透镜中的一片在物体侧上相邻配置，上述第2透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP2r1、和在上述物体侧相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG2r2的结构做成具有0.8＜(RP2r1/RG2r2)＜1.2的关系。
上述第2透镜组具有塑料透镜的入射面的曲率半径RP2r1、和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG2r2，结构做成具有0.8＜(RP2r1/RG2r2)＜1.2的关系。RG2r2所发生的像差用RP2r1可以立即进行校正，整个系统的像差校正显著地变得容易。
另外，在上述第1透镜组里，上述第1透镜组具有的塑料透镜的结构做成和上述多片玻璃透镜中的一片在物体侧上相邻配置，上述第1透镜组具有的塑料透镜的能力(POWER)ΦP1和在上述物体侧相邻配置的玻璃透镜的能力(POWER)ΦC1构成具有-3＜(ΦP1/ΦG1)＜3的关系。
上述第1透镜组具有的塑料透镜的能力(POWER)ΦP1和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的能力(POWER)ΦG1，结构做成具有-3＜(ΦP1/ΦG1)＜3的关系，可以抑制光学性能变化对于温度及/或湿度变化的量，和以前比较，特别是通过构成减低对温度及/或及湿度变化敏感的塑料透镜的能力(POWER)ΦP1，可以抑制光学性能变化的量。
另外，在上述第2透镜组里，上述第2透镜组具有的塑料透镜的结构做成和上述多片玻璃透镜中的一片在物体侧上相邻配置，上述第2透镜组具有的塑料透镜的能力(POWER)ΦP2和在上述物体侧相邻配置的玻璃透镜的能力(POWER)ΦG2构成具有-3＜(ΦP2/ΦG2)＜3的关系。
同样，上述第2透镜组具有的塑料透镜的能力(POWER)ΦP2和在上述物体侧相邻配置的玻璃透镜的能力(POWER)ΦG2，结构做成具有-3＜(ΦP2/ΦG2)＜3的关系，可以抑制光学性能变化对于温度及/或湿度变化的量，和以前比较，特别是通过构成减低对温度及/或湿度变化敏感的塑料透镜的能力(POWER)ΦP1，可以抑制光学性能变化的量。
另外，本申请的光学设备特征具有上述变焦光学系统。特别是上述光学设备是拍摄静止画面的照相机。
根据本申请，在上述第1透镜组中，通过减少塑料透镜的片数，不多用塑料透镜只使用一片，进行代替其余均使用玻璃透镜，比起以往多用的塑料透镜因可以提高折射率，可以便于像差校正，另外，因为有利于像差的校正，在尺寸容易变大的广角端上可以小型化，而且，通过将以往多用两片及两片以上的塑料透镜改为使用一片，进行代替使用玻璃透镜，因为可以质量稳定化制造，也可以提高成品率，可以稳定地大量生产。而且，通过将以往多用两片及两片以上的塑料透镜改为使用一片，进行代替使用玻璃透镜，可以稳定快门附近面的形状。可以制止光学性能的误差。而且，通过代替对温度及/或湿度的变化敏感的塑料透镜使用玻璃透镜，从而可以抑制光学性能变化对于温度及/或湿度变化的量。
根据本申请，在上述第2透镜组中，通过减少塑料透镜的片数，不多用塑料透镜只使用一片，进行代替其余均使用玻璃透镜，和上述第1透镜组里的效果同样，比起以往多用的塑料透镜因可以提高折射率，可以便于像差校正，在尺寸容易变大的广角端上可以小型化，而且，通过将以往多用的两片及两片以上的塑料透镜改为使用一片，进行代替使用玻璃透镜，因为可以质量稳定地制造，也可以提高成品率，可以稳定地大量生产。而且，通过将多用的两片及两片以上的塑料透镜改为使用一片，进行代替使用玻璃透镜，可以稳定快门附近面的形状。可以制止住光学性能的误差。而且，通过代替对温度及/或湿度变化敏感的塑料透镜使用玻璃透镜，可以抑制住光学性能变化对于温度及/或湿度变化的量。
根据本申请，通过使光学设备具有上述变焦光学系统，可以得到上述的效果。因此，可以保证光学设备性能的稳定。而且，可以便于光学设备大量生产，再有，对于光学设备的温度、湿度变化的稳定性提高。另外，在光学系统中，因为可以提高对各种像差的校正，可以使光学设备小型化。
附图说明
图1为表示实施形态1的透镜构成用的图。
图2为表示变焦的各透镜组的各个位置用的图。
图3为表示变焦各个位置上的球面像差用的图。
图4表示在变焦的各个位置上的非点像差和歪曲像差用的图。
图5表示在变焦各个位置上的像面的相对照度用的图。
(标号的说明)
101，103，201，203，204，301，玻璃透镜102，202塑料透镜401低通滤光片402保护玻璃
具体实施形态
(实施形态1)
图1是表示实施形态1的透镜构成图。
在图1中，变焦光学系统具有从物体侧按顺序放置第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、低通滤光片401和保护玻璃402。
第1透镜组具有多片玻璃透镜和上述多片玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜。即，第1透镜组从物体侧按顺序地具有玻璃透镜101、塑料透镜102、玻璃透镜103。第1的透镜组负折射力变焦过程中在光轴上移动。
第2透镜组也具有多片玻璃透镜及和上述多片玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜。即、第2透镜组从物体侧按顺序地具有玻璃透镜201、塑料透镜202、玻璃透镜203、玻璃透镜204。第2透镜组有正折射力变焦过程中在光轴上移动。在第1透镜组和第2透镜组里减少塑料透镜的片数，不多用塑料透镜，各群使用一片，取而代之使用玻璃透镜，通过这样比起以往多用塑料透镜可以提高折射率，另外，以往在1个透镜组中，多用的两片及两片以上塑料透镜改为使用一片，代替第2枚以后的塑料透镜使用玻璃透镜，通过这样可以力求稳定化制造，另外，上述第1透镜组具有的塑料透镜102和上述第2透镜组具有的塑料透镜202，透镜面均被做形成非球面。通过将透镜面做成非球面，可以校正球面像差等基本的像差。第3透镜组具有玻璃透镜301。
第3透镜组具有在变焦过程中不能移动的正的折射力，在本实施形态中，第3透镜组虽然为1枚透镜，作为第3透镜组那样即使有多片也可以，低通滤光片401是阻断高频光的平面滤光片。保护玻璃402是在成像面一侧图中没有示出的CCD的保护玻璃。
在第1透镜组中，玻璃透镜101的面用面号码1，2表示。塑料透镜102的面用面号码3，4来表示。玻璃透镜103的面用面号码5，6来表示。在第2透镜组里、玻璃透镜201的面用面号码8，9来表示，塑料透镜202的面用面号码10，11来表示，玻璃透镜203的面用面号码12，13来表示，玻璃透镜204的面用面号码14，15来表示。在第2透镜组里，玻璃透镜301的面用面号码16，17来表示。另外，低通滤光片401的面用面号码18，19来表示，保护玻璃402的面用面号码20，21来表示。
表1、2、3表示实施形态1中变焦光学系统的各透镜的透镜数据。在表1里、「面#」相当于上述的各透镜的面号码，「R」表示各面号码的透镜面的曲率半径。「D」表示从该面号码的面到下一个面号码的面的厚度。「间隔1」、「间隔2」在变焦过程中因在光轴上移动而变动。「N」表示对于各面号码的空间的d线的折射率。但是，空气的折射率1.0000其表述省略。「V」表示对于各面号码的d线的阿贝(Abbe，Ernst)数，但是，空气的阿贝数为0.0其表述省略。另外，在表2里用上述参照标号来表示各透镜。
在表3里表示了相关非球面形状的系数。
非球面的形状使用这个系数能用下列式子来表现。
Z＝y2/Rn(1+SQRT(1-(1+k)y2/Rn))+A2y2+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
式中Z表示是在光轴方向的位置坐标、y表示离开光轴的距离。
表1
Figure C20051006737100111
表2
  透镜   焦距   能力
  101   -15.54   -0.0643
  102   -16.16   -0.0618
  103   21.28   0.0469
  201   7.05   0.141
  202   -12.6   -0.0788
  203   -19.76   -0.0506
  204   20.43   0.0489
  301   21.0   0.0476
表3
非球面系数
  k   A2   A4   A6   A8   A10
  4面   -0.9558   0.0000E+00   3.3545E-04   2.1361E-06   -1.4477E-08   0.0000E+00
  11面   -1.5246   0.0000E+00   1.4480E-03   1.6332E-05   4.0123E-06   0.0000E+00
在上述第1透镜组中，上述第1透镜组具有的塑料透镜102，和上述多片玻璃透镜中的一片玻璃透镜在这里为玻璃透镜101在物体侧上相邻配置。如表1所示，上述第1透镜组具有的塑料透镜的入射面(面号码3)的曲率半径RP1r1和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的射出面(面号码2)的曲率半径RG1R2的比做成(RP1r1/RG1r2)＝10 634/10.100＝1.05。所述比最好做有以下的关系。
0.8＜(RP1r1/RG1r2)＜1.2
另外，在上述第1透镜组中，塑料透镜102焦距的倒数即能力(POWER)ΦP1和上述物体侧相邻配置的玻璃透镜101的焦距的倒数即能力ΦG1形成具有-3＜(ΦP1/ΦG1)＜3的关系。
因为构成具有所述关系，可以抑制住光学性能对于温度及/或湿度变化。特别是和从前比较减弱对温度及/或湿度变化敏感的塑料透镜的能力(POWER)ΦP1，可以更加抑制住光学性能变化的量。
在上述第2透镜组中，上述第2透镜组具有的塑料透镜202、和上述多片玻璃透镜中的一片玻璃透镜在这里为玻璃透镜201在物体侧上相邻配置。如表1所示，上述第2透镜组具有的塑料透镜的入射面(面号码10)的曲率半径RP2r1和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的射出面(面号码9)的曲率半径RG2r2的比，做成RP2r1/RG2r2)＝(-40.107)/(-48.262)＝0.83。最好所述的比(RP2r1/RG2r2)做成具有以下的关系。
0.8＜(RP2r1/RG2r2)＜1.2
另外，用上述第2透镜组具有的塑料透镜202焦距的倒数即能力(POWER)ΦP2和在上述物体侧上相邻配置的玻璃透镜201焦距的倒数能力ΦG2形成具有-3＜(ΦP2/ΦG2)＜3的关系。
因为构成具有所述的关系，和上述一样，可以抑制住光学性能变化对于温度及/或湿度变化的量。特别是通过将结构做成和从前比较减弱对温度及/或湿度变化敏感的塑料透镜的能力(POWER)ΦP2，可以抑制住光学性能变化的量。
图2是表示变焦时的各个透镜组各个位置用的图。
图2(a)表示广角端各透镜组的各个位置。在图2(b)，表示在中间时各透镜组的各个位置。在图2(c)，表示在望远端各透镜组的各个位置。
图3表示变焦的各个位置处球面像差用的图。
图3(a)表示广角端的非点像差。图3(b)表示中间时的非点像差。图3(c)表示望远端的非点像差。
图4是表示在变焦的各个位置上的非点像差和歪曲像差用的图。
图4(a)表示广角端的非点像差(左图)和歪曲像差(右图)。图4(b)表示中间时的非点像差(左图)和歪曲像差(右图)，图4(c)表示望远端的非点像差(左图)和歪曲像差(右图)。
图5是表示在变焦的各个位置处的像面的相对照度用的图。
图5(a)表示广角端的相对照度。图5(b)表示中间时的相对照度。图5(c)表示望远端的相对照度。
如以上各图所示，本实施形态的变焦光学系统在实用上具有充分的性能。
光学设备，例如，拍摄静止画面的照相机等通过具有本实施形态的变焦光学系统，可以得到上述的效果。

Claims (7)

1.一种变焦光学系统，其特征在于，
从物体侧按顺序地排列着有负折射力且变焦过程中在光轴上移动的第1透镜组、有正折射力且变焦过程中在光轴上移动的第2透镜组、和变焦过程中不移动的有正折射力的第3透镜组，
所述第1透镜组具有第1组玻璃透镜及和所述第1组玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜，所述第2透镜组具有第2组玻璃透镜及和所述第2组玻璃透镜中的一片相邻配置的一片塑料透镜，
在所述第1透镜组中，所述第1透镜组具有的塑料透镜和所述第1组玻璃透镜中的一片玻璃透镜在物体侧相邻配置，且被配置成比所述第1组玻璃透镜中的所述一片玻璃透镜更加远离物体侧，
所述第1透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP1r1和在所述物体侧相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG1r2，有0.8＜(RP1r1/RG1r2)＜1.2的关系。
2.如权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，
所述第1透镜组具有的塑料透镜和所述第2透镜组具有的塑料透镜，透镜面都做成非球面。
3.如权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，
在所述第2透镜组中，所述第2透镜组具有的塑料透镜和所述第2组玻璃透镜中的一片玻璃透镜在物体侧相邻配置，且被配置成比所述第2组玻璃透镜中的所述一片玻璃透镜更加远离物体侧，
所述第2透镜组具有的塑料透镜的入射面的曲率半径RP2r1和在上述物体侧相邻配置的玻璃透镜的射出面的曲率半径RG2r2有0.8＜(RP2r1/RG2r2)＜1.2的关系。
4.如权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，
所述第1透镜组具有的塑料透镜的焦度ΦP1和在所述物体侧上相邻配置的玻璃透镜的焦度ΦG1具有-3＜(ΦP1/ΦG1)＜3的关系。
5.如权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，
在所述第2透镜组中，所述第2透镜组具有的塑料透镜和所述第2组玻璃透镜中的一片玻璃透镜在物体侧上相邻配置，且被配置成比所述第2组玻璃透镜中的所述一片玻璃透镜更加远离物体侧，
所述第2透镜组具有的塑料透镜的焦度ΦP2和在所述物体侧相邻配置的玻璃透镜的焦度ΦG2具有-3＜(ΦP2/ΦG2)＜3的关系。
6.一种光学设备，其特征在于，
包括如权利要求1至5中的任一项所述的变焦光学系统。
7.如权利要求6所述的光学设备，其特征在于，
所述光学设备是拍摄静止画面的照相机。
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