CN102193170A - 红外线变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种红外线变焦镜头。该红外线变焦镜头仅由锗制成，能够构成变倍时明亮度变动少的明亮的光学系统，能够容易地校正像差，特别是一般情况下难以校正的球差，从而可以形成清晰的图像。该红外线透镜的特征为：从物体侧起依次具有第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、第4透镜组，各透镜组均由锗形成且各透镜组中至少有一个透镜组由单片透镜构成。

Description

红外线变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种球差校正出色、制造成本低的红外线变焦镜头。
背景技术
作为现有的红外线变焦镜头，有一种方案提出了一种绝热化的红外线变焦镜头，其构成为：镜头元件具有从被摄物的方向开始向焦点方向沿光轴依次配置的第1透镜元件、第2透镜元件、第3透镜元件；第1透镜元件具有第1表面和位于上述第1表面的相反一侧的第2表面，并且第1透镜元件具有正的倍率；第2透镜元件具有第1表面和位于上述第1表面的相反一侧的第2表面，并且第2透镜元件具有负的倍率；第3透镜元件具有第1表面和位于上述第1表面的相反一侧的第2表面，并且第3透镜元件具有正的倍率；第1及第3透镜元件由第1材料构成，该第1材料与构成上述第2透镜元件的第2材料不同；上述第1材料的折射率变化与温度变化的比值(dn/dT)比上述第2材料的折射率变化与温度变化的比值低预先设定的量；上述第1透镜元件的上述第2表面及第3透镜元件的上述第2表面中至少有一个表面是衍射表面(例如，参照专利文献1)。
作为现有的另一种红外线变焦镜头，有一种方案提出的构成是：具有沿被摄物侧开始按顺序排列的第1至第3透镜组；变焦时，上述第1及第3透镜组处于被固定的状态，上述第2透镜组被移动；上述第1至第3透镜组分别具有至少一片由硫化锌形成的透镜(例如，参照专利文献2)。
作为现有的另一种红外线变焦镜头，还有一种方案提出了一种在3～5μm或8～12μm的波段的红外线用光学系统中使用的红外线变焦镜头，该红外线变焦镜头的构成为：从物体侧开始按下列顺序依次布置有由一片或两片透镜构成的具有正光焦度的第1透镜组、由一片或两片透镜构成的具有负光焦度的第2透镜组、由一片凹面朝向物体侧的负弯月透镜构成的第3透镜组、由一片凸透镜构成的第4透镜组、以及至少由四片透镜构成的具有正光焦度的第5透镜组，该四片透镜中像面侧的最后的透镜为凸面朝向物体侧的正弯月透镜；变焦时，上述第1、第4及第5透镜组被固定，而上述第2及第3透镜组可移动，通过使上述第2透镜组沿光轴方向移动来实现变倍，并且通过使上述第3透镜组沿光轴方向移动来进行成像位置的校正，该构成满足下述条件式(1)～(3)：
1.00＜f1/ft    (1)
f2/ft＜-0.40(2)
0.35＜f5/ft＜0.70(3)
其中，ft：整个系统的望远端的焦距；f1：第1透镜组的焦距；f2：第2透镜组的焦距；f5：第5透镜组的焦距。
专利文献
专利文献1：第2005-521918号日本专利申请公开公报
专利文献2：第2007-264649号日本专利申请公开公报
专利文献3：第3365606号日本专利公报
发明要解决的问题
在专利文献1的结构中，由于第1及第3透镜元件由第1材料构成，虽然透镜材料的保管等简单且容易管理，但是却存在像差校正困难的严重问题。另外，专利文献1的结构为调焦机构固定，即没有对焦功能，使用不方便。
在专利文献2的结构中，虽然全部透镜材料都使用了硫化锌，但是硫化锌有成形及研磨加工困难的问题。另外，实施例中组合使用了硫化锌和锗。硫化锌存在折射率低(约2.2)、像差校正困难以及红外线的吸收大于Ge的问题。
在专利文献3的结构中，由于使用了9片～12片透镜，不但制造成本高，还有透镜自身吸收红外线多致使影像变暗的问题。并且还有镜筒变大、结构变得复杂的问题。
发明内容
发明的目的
本发明是鉴于现有的红外线变焦镜头中的上述问题点而做出的，其目的是提供一种红外线变焦镜头，该红外线变焦镜头仅由锗制成，能够构成变倍时明亮度变动少的明亮的光学系统，能够容易地校正像差，从而能够形成清晰的图像。
另外，本发明的目的是提供一种红外线变焦镜头，该红外线变焦镜头透镜片数少，镜筒构造简单，重量轻，而且吸收红外线少，能够形成明亮的图像。
并且，本发明的目的是提供一种在视场和整个变焦范围内很好地校正像差的红外线变焦镜头。
用于解决问题的方案
本技术方案为红外线变焦镜头，其特征在于，从物体侧起依次具有第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、第4透镜组，各透镜组由锗制成且各透镜组中至少有1组由单片透镜构成。
发明的效果
采用本发明能够得到的效果是：仅由锗制成，能够构成变倍时明亮度变动少的明亮的光学系统，能够容易地校正像差，从而能够形成清晰的图像。
采用本发明能够得到的效果是：透镜片数少，镜筒构造简单，镜筒的重量轻，而且吸收红外线少，能够形成明亮的图像。
采用本发明还能够得到在视场全区域和整个变焦范围内能够很好地校正像差的效果。
本发明的实施方式如下。
本发明的实施方式的特征在于，上述第1透镜组具有正光焦度、上述第2透镜组具有负光焦度、上述第3透镜组具有正光焦度，上述第4透镜组具有正光焦度。
采用本实施方式，可以得到的效果是：能够构成在整个变焦范围像差变动少的变焦镜头。
其他的实施方式的特征在于，满足以下条件式，
条件式(1)0.8≤f1/ft≤1.7
其中，ft为望远端的焦距，f1为第1透镜组的焦距。
条件式(1)兼顾了防止全长增大以及像差校正。如果超出了条件式(1)的下限，则由于第1透镜组的光焦度大，望远侧的球差会变大。反之，如果超出了条件式(1)的上限，则会发生第1透镜组的光焦度变小而全长增大的问题。
其他的实施方式的特征在于，满足以下条件式，
条件式(2)-0.7≤f2/ft≤-0.1
其中，ft为望远端的焦距，f2为第2透镜组的焦距。
条件式(2)能够抑制变倍时的像差变动、场曲(field curvature像场弯曲)的增大。如果超出了条件式(2)的上限，则第2透镜组的光焦度变小，会变得无法完全校正场曲。如果超出了条件式(2)的下限，则第2透镜组的光焦度会变大，产生变倍时像差变动变大的问题。
其他的实施方式的特征在于，满足以下条件式，
条件式(3)1.8≤f3/fw≤4
其中，fw为广角端的焦距，f3为第3透镜组的焦距。
条件式(3)是为了很好地校正球差所必备的条件。如果超出了条件式(3)的上限，则不但会导致球差校正不足，还会招致全长增大。如果超出了条件式(3)的下限，则会出现在广角侧球差校正过度的问题。
其他的实施方式的特征在于，变倍时，第1透镜组及第3透镜组被固定，第2透镜组及第4透镜组移动。
采用本实施方式可以得到的效果是：能够构成在整个变焦范围特别是场曲像差变动少的变焦镜头。
其他的实施方式的特征在于，用第4透镜组实施调焦。
采用本实施方式，可以得到调焦时像差变动少的效果。
其他的实施方式的特征在于，第1透镜组的物体侧的透镜为物体侧的透镜面为凸面的弯月透镜。
采用本实施方式可以得到的效果是：容易对球差和畸变像差进行适当的校正。
其他的实施方式的特征在于，第2透镜组的被摄物侧透镜的像面侧的面为朝向像面侧的凹面。
采用本实施方式，可以得到容易校正场曲的效果。
其他的实施方式的特征在于，第1透镜组含有非球面。
采用本实施方式，可以容易地校正广角侧的畸变像差和望远侧的球差。
其他的实施方式的特征在于，第2透镜组含有非球面。
采用本实施方式可以得到的效果是：容易对因变倍而引起的像差变动进行抑制和容易对场曲进行校正。
其他的实施方式的特征在于，第3透镜组含有非球面。
采用本实施方式，能够对广角侧的球差校正发挥效应，构成明亮的光学系统。
其他的实施方式的特征在于，第4透镜组含有非球面。
采用本实施方式，可以得到的效果是：容易校正场曲及像散，另外抑制调焦时的像差变动。
在表示实施方式的红外线变焦镜头的广角时的状态和望远时的状态的光学图中，表示出了广角端和望远端的各透镜组侧的布置、中心及最大视场角的光线。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图2是本发明的第1实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图3是本发明的第1实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图4是表示本发明的第2实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图5是本发明的第2实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图6是本发明的第2实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图7是表示本发明的第3实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图8是本发明的第3实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图9是本发明的第3实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图10是表示本发明的第4实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图11是本发明的第4实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图12是本发明的第4实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图13是表示本发明的第5实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图14是本发明的第5实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图15是本发明的第5实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图16是表示本发明第6实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图17是本发明第6实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图18是本发明第6实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图19是表示本发明第7实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图20是本发明第7实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图21是本发明第7实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
图22是表示本发明第8实施方式的红外线变焦镜头广角时的状态及望远时的状态的光学图。
图23是本发明第8实施方式的红外线变焦镜头广角时的球差图、像散图、畸变像差图。
图24是本发明第8实施方式的红外线变焦镜头望远时的球差图、像散图、畸变像差图。
具体实施方式
(第1实施方式)
第1实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100081
透镜间隔随着焦距的变动而变动的部分用D(i)表示。
透镜面序号后面附有ASPH符号的面为非球面。非球面形状的表达式用下面的式子表示，其中，垂直于光轴的高度为H，以透镜面顶部为原点时高度H在光轴方向的变位量为X(H)，近轴曲率半径为R，圆锥系数为ε，2次非球面系数为A，4次非球面系数为B，6次非球面系数为C，8次非球面系数为D，10次非球面系数为E。
X = H 2 / R 1 + 1 - ( ϵ H 2 / R 2 ) + AH 2 + BH 4 + CH 6 + DH 8 + EH 10
非球面数据
Figure BSA00000446887100083
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100091
(第2实施方式)
第2实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100092
非球面数据
Figure BSA00000446887100093
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100094
(第3实施方式)
第3实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100101
非球面数据
Figure BSA00000446887100102
变焦动作的透镜组间隔
(第4实施方式)
第4实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100104
非球面数据
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100112
(第5实施方式)
第5实施方式的透镜数据等如下所列。
非球面数据
Figure BSA00000446887100114
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100121
(第6实施方式)
第6实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100122
非球面数据
Figure BSA00000446887100123
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100124
(第7实施方式)
第7实施方式的透镜数据等如下所列。
非球面数据
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100133
(第8实施方式)
第8实施方式的透镜数据等如下所列。
Figure BSA00000446887100134
非球面数据
Figure BSA00000446887100141
变焦动作的透镜组间隔
Figure BSA00000446887100142
各个实施方式中的与条件式相关的值如下所列。
Figure BSA00000446887100143

Claims (14)

1.一种红外线变焦镜头，其特征在于，
从物体侧起依次具有第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、第4透镜组，各透镜组均由锗形成且各透镜组中至少有一个透镜组由单片透镜构成。
2.根据权利要求1所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
上述第1透镜组具有正光焦度、上述第2透镜组具有负光焦度、上述第3透镜组具有正光焦度、上述第4透镜组具有正光焦度。
3.根据权利要求1或2所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
该红外线变焦镜头满足以下条件式，
条件式(1)0.8≤f1/ft≤1.7
其中，ft为望远端的焦距，f1为第1透镜组的焦距。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
该红外线变焦镜头满足以下条件式，
条件式(2)-0.7≤f2/ft≤-0.1
其中，ft为望远端的焦距，f2为第2透镜组的焦距。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式，
条件式(3)1.8≤f3/fw≤4
其中，fw为广角端的焦距，f3为第3透镜组的焦距。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
变倍时，第1透镜组及第3透镜组被固定，第2透镜组及第4透镜组移动。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
用第4透镜组实施调焦。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第1透镜组的物体侧的透镜为物体侧的透镜面为凸面的弯月透镜。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第2透镜组的被摄物侧透镜的像面侧的面为朝向像面侧的凹面。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第2透镜组或第3透镜组由两片透镜构成。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第1透镜组含有非球面。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第2透镜组含有非球面。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第3透镜组含有非球面。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的红外线变焦镜头，其特征在于，
第4透镜组含有非球面。
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