CN103777312A - 透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型、轻量而廉价的透镜系统，其能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差而维持高成像性能，且具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。该透镜系统从物体侧顺次配置具有正光焦度的第一透镜群(G₁₁)、光阑(S)、具有正光焦度的第二透镜群(G₁₂)而构成。第一透镜群(G₁₁)从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜(L₁₁₁)、正透镜(L₁₁₂)、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜(L₁₁₃)而构成。第二透镜群(G₁₂)从物体侧顺次配置负透镜(L₁₂₁)、正透镜(L₁₂₂)、正透镜(L₁₂₃)而构成。而且，通过满足规定的条件，能够实现大孔径比化、高分辨率化。

Description

透镜系统

技术领域

本发明涉及在搭载有固体摄像元件的照相机、尤其监控摄像机中所适用的小型、轻量的透镜系统。

背景技术

作为监控摄像机所广泛使用的透镜系统，有所谓的双高斯型的透镜系统(例如，参照专利文献1～3。)。

专利文献1所述的透镜系统，由6片透镜构成，F数(F number)为2.8左右。专利文献2所述的透镜系统，由8片透镜构成，F数为1.2～1.4左右。另外，专利文献3所述的透镜系统由7～8片透镜构成，F数为1.4～2.0左右。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】专利第4824981号

【专利文献2】专利第4921045号

【专利文献3】特开2010-72359号公报

可是，作为监控摄像机、特别是交通监控用的摄像机所搭载的变焦透镜，期望着在夜间和昏暗的场所也能够良好地进行监视的大孔径比的透镜系统。而且，近年来，固体摄像元件(CCD和CMMS等)的高像素化急速推进，要求具备可以应对高像素的固体摄像元件(能够确认被摄物体更细微的特征的300万像素以上)的高分辨率的透镜系统。

另外，由于监控摄像机的小型化、轻量化的要求也很强烈，所以期望监控摄像机所搭载的透镜系统也是小型、轻量的。此外，为了打入发展中国家，也要求廉价的透镜系统。

就专利文献1所述的透镜系统而言，其由6片透镜构成，可实现整个系统的小型化。但是，由于该透镜系统F数大，使得明亮度欠缺，且要得到高画质的图像是困难的。

就专利文献2、3所述的透镜系统而言，因为F数小，所以能够得到明亮的图像。但是，这些透镜系统由7～8片透镜构成，因此很难说实现了整个系统的小型化、轻量化。特别是，由于比光阑更靠像侧配置4片以上的透镜，因此透镜系统的总长变长。此外，因为构成透镜系统的透镜片数多，所以昂贵。

发明内容

本发明为了消除上述现有技术的问题点，其目的在于，提供一种小型、轻量而廉价的透镜系统，其能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差而维持高成像性能，且具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。

为了解决上述课题，达成目的，本发明的透镜系统，是由从物体侧顺次配置的，具有正光焦度的第一透镜群、光阑、具有正光焦度的第二透镜群构成的透镜系统，其特征在于，所述第二透镜群由从物体侧顺次配置的负透镜、正透镜、正透镜构成，且满足以下所示的条件式。

(1)nd23>1.9

(2)0.4≤f23/f≤1.2

其中，nd23表示所述第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜对d线的折射率，f23表示所述第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的焦距，f表示光学系统全系的焦距。

根据本发明，能够提供一种小型、轻量而廉价的透镜系统，其能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差面而维持高成像性能，且具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。

本发明的透镜系统，其特征在于，在所述发明中，所述第一透镜群由从物体侧顺次配置的弯月形状的正透镜、正透镜、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜构成，且满足以下所示的条件式。

(3)vd13<23

其中，vd13表示所述第一透镜群的最靠像侧所配置的负透镜对d线的阿贝数。

根据本发明，能够实现可良好地校正色像差且进一步使成像性能也有所提高的透镜系统。

根据本发明所能起到的效果是，能够提供一种小型、轻量而廉价的透镜系统，其能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差面而维持高成像性能，且具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。

附图说明

图1是表示实施例1的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。

图2是实施例1的透镜系统对d线的诸像差图。

图3是表示实施例2的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。

图4是实施例2的透镜系统对d线的诸像差图。

图5是表示实施例3的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。

图6是实施例3的透镜系统对d线的诸像差图。

图7是表示实施例4的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。

图8是实施例4的透镜系统对d线的诸像差图。

符号说明

G₁₁、G₂₁、G₃₁、G₄₁第一透镜群

G₁₂、G₂₂、G₃₂、G₄₂第二透镜群

L₁₁₁、L₁₁₂、L₁₂₂、L₁₂₃、L₂₁₁、L₂₁₂、L₂₂₂、L₂₂₃、L₃₁₁、L₃₁₂、L₃₂₂、L₃₂₃、L₄₁₁、L₄₁₂、L₄₂₂、L₄₂₃正透镜

L₁₁₃、L₁₂₁、L₂₁₃、L₂₂₁、L₃₁₃、L₃₂₁、L₄₁₃、L₄₂₁负透镜

S光阑

具体实施方式

以下，详细地说明本发明的透镜系统的优选的实施方式。

本发明的透镜系统，由从物体侧按顺序配置的，具有正光焦度的第一透镜群、光阑、具有正光焦度的第二透镜群构成。在此透镜系统中，通过使透镜系统整体沿光轴移动，进行调焦。

本发明其目的在于，提供一种小型、轻量而廉价的透镜系统，其能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差而维持高成像性能，且具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。为了达成这一目的，除了上述构成以外，还设定了以下所示这样的各种条件。

首先，本发明的透镜系统中，将第二透镜群以从物体侧顺次配置负透镜、正透镜、正透镜的方式构成。通过第二透镜群由负、正、正这3片透镜构成，能够实现第二透镜群的小型化、轻量化、低成本化。

而且，在这一构成中，将第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜对d线的折射率设为nd23，第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的焦距设为f23，光学系统全系的焦距设为f时，优选满足以下的条件式。

(1)nd23>1.9

(2)0.4≤f23/f≤1.2

条件式(1)，规定第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜对d线的折射率的适当的范围。通过满足条件式(1)，能够良好地校正在透镜系统全系发生的球面像差(也称球差)和彗形像差(也称慧差)，得到高成像性能。

在条件式(1)中，若低于其下限，则球面像差和彗形像差的校正变得困难。另外，透镜系统整体的珀兹伐和(Petzval sum)也变大，因此成像性能劣化。

条件式(2)，规定第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的焦距与光学系统全系的焦距之比的适当的范围。通过满足条件式(2)，能够使透镜系统总长的缩短和成像性能的维持并立。

在条件式(2)中，若超过其上限，则第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的光焦度变得过弱。这种情况下，透镜系统的总长延长，透镜系统的小型化受到阻碍。而且，球面像差和彗形像差的校正变得困难，成像性能劣化。另一方面，在条件式(2)中，若低于其下限，则第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的光焦度变得过强。这种情况下，透镜系统的总长变短，对于透镜系统的小型化有利。但是，像散和像面弯曲(也称场曲)的校正变得困难，成像性能劣化，因此不为优选。

在明亮的透镜中，诸像差有容易突显的倾向。因此，要实现明亮的透镜时，为了有效地校正诸像差，满足条件式(1)、(2)更有效。特别是通过满足条件式(1)、(2)，能够良好地校正伴随大孔径比化而发生变得显著的诸像差，得到高成像性能。

另外，如果满足条件式(1)、(2)，则即使第二透镜群全部由球面透镜构成，也可以良好地校正诸像差，因此能够削减透镜系统的制造成本。

还有，上述条件式(1)、(2)，若满足以下所示的范围，则能够期待更优选的效果。

(1a)nd23>1.95

(2a)0.6≤f23/f≤1.0

通过满足条件式(1a)、(2a)所规定的范围，既能够实现透镜系统的充分的小型化，又能够使成像性能进一步提高。

此外，本发明的透镜系统中，将第一透镜群按照从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜、正透镜、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜的方式构成。通过第一透镜群由正、正、负的3片透镜构成，能够实现第一透镜群的小型化、轻量化、低成本化。

而且，在这一构成中，将第一透镜群的最靠像侧所配置的负透镜对d线的阿贝数设为vd13时，优选满足以下的条件式。

(3)vd13<23

条件式(3)，规定第一透镜群的最靠像侧所配置的负透镜对d线的阿贝数的适当的范围。越是明亮的透镜，色像差越有突显的倾向，因此要实现明亮的透镜时，必须对色像差进行有效的校正。因此，在本发明中设定条件式(3)。通过满足条件式(3)，由于透镜系统内的正透镜而发生的轴上色像差和倍率色像差，由该负透镜使同量的轴上色像差和倍率色像差逆向发生而得以抵消，能够良好地校正在透镜系统全系中发生的色像差。

在条件式(3)中，若超过其上限，则第一透镜群的最靠像侧所配置的负透镜中，不能使校正所需要的色像差量发生，结果是在透镜系统全系中发生的色像差增大。

另外，如果满足条件式(3)，即使第一透镜群全部由球面透镜构成，也可以良好地校正色像差，因此能够进一步削减透镜系统的制造成本。

还有，上述条件式(3)，若满足以下所示的范围，则能够期望更优选的效果。

(3a)vd13＜20

通过满足该条件式(3a)规定的范围，能够更良好地进行明亮的透镜所必须的条件的色像差的校正。

如以上说明的，本发明的透镜系统，通过具备上述构成，能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差而维持高成像性能，且能够具备可以对应高像素的固体摄像元件的分辨率。

特别是将第二透镜群按照从物体侧顺次配置负透镜、正透镜、正透镜的方式构成，并满足条件式(1)、(2)，从而既能够实现透镜系统的小型化，又能够良好地校正伴随大孔径比化而发生变得显著的诸像差，得到高成像性能。此外，将第一透镜群按照从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜、正透镜、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜的方式构成，并满足条件式(3)，从而能够良好地校正伴随大孔径比化而发生变得显著的色像差。

此外，如果满足条件式(1)～(3)，则即使第一透镜群和第二透镜群全部由球面透镜构成，也可以良好地校正诸像差，因此能够降低透镜系统的制造成本。

以下，基于附面详细地说明本发明的透镜系统的实施例。还有，本发明不受以下的实施例限定。

【实施例1】

图1是表示实施例1的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。该透镜系统从未图示的物体侧顺次配置具有正光焦度的第一透镜群G₁₁、光阑S、具有正光焦度的第二透镜群G₁₂而构成。此透镜系统中，通过使透镜系统整体沿光轴移动，来进行调焦。

就第一透镜群G₁₁而言，从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜L₁₁₁、正透镜L₁₁₂、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜L₁₁₃而构成。

就第二透镜群G₁₂而言，从物体侧顺次配置负透镜L₁₂₁、正透镜L₁₂₂、正透镜L₁₂₃而构成。负透镜L₁₂₁和正透镜L₁₂₂被接合。

以下，示出关于实施例1的透镜系统的各种数值数据。

(透镜数据)

r₁＝29.862

d₁＝4.20  nd₁＝1.61800  vd₁＝63.39

r₂＝100.672

d₂＝0.15

r₃＝18.238

d₃＝4.60  nd₂＝1.88100  vd₂＝40.14

r₄＝22.818

d₄＝1.10

r₅＝15.195

d₅＝3.90  nd₃＝1.95906  vd₃＝17.47

r₆＝9.170

d₆＝7.21

r₇＝∞(光阑)

d₇＝5.07

r₈＝-13.054

d₈＝1.30  nd₄＝1.80809  vd₄＝22.76

r₉＝23.695

d₉＝7.00  nd₅＝1.881  vd₅＝40.14

r₁₀＝-18.090

d₁₀＝3.26

r₁₁＝27.799

d₁₁＝2.82  nd₆＝2.001  vd₆＝29.13

r₁₂＝-1800.000

d₁₂＝14.09

r₁₃＝∞(像面)

透镜系统全系的焦距(f)＝35.0

F数(Fno.)＝1.22

半视场角(ω)＝7.80

(关于条件式(1)的数值)

nd23(正透镜L₁₂₃对d线的折射率)＝2.001

(关于条件式(2)的数值)

f23(正透镜L₁₂₃的焦距)＝27.37

f23/f＝0.787

(关于条件式(3)的数值)

vd13(负透镜L₁₁₃对d线的阿贝数)＝17.47

图2是实施例1的透镜系统对d线(λ＝587.56nm)的诸像差图。还有，像散图的S、M分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

【实施例2】

图3是表示实施例2的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。该透镜系统从未图示的物体侧顺次配置具有正光焦度的第一透镜群G₂₁、光阑S、具有正光焦度的第二透镜群G₂₂而构成。此透镜系统中，通过使透镜系统整体沿光轴移动，来进行调焦。

就第一透镜群G₂₁而言，从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜L₂₁₁、正透镜L₂₁₂、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜L₂₁₃而构成。

就第二透镜群G₂₂而言，从物体侧顺次配置负透镜L₂₂₁、正透镜L₂₂₂、正透镜L₂₂₃而构成。负透镜L₂₂₁和正透镜L₂₂₂被接合。

以下，示出关于实施例2的透镜系统的各种数值数据。

(透镜数据)

r₁＝29.908

d₁＝3.80  nd₁＝1.77250  vd₁＝49.62

r₂＝97.621

d₂＝2.38

r₃＝18.141

d₃＝4.20  nd₂＝1.88100  vd₂＝40.14

r₄＝20.858

d₄＝1.22

r₅＝15.338

d₅＝3.90  nd₃＝1.94594  vd₃＝17.98

r₆＝9.170

d₆＝5.77

r₇＝∞(光阑)

d₇＝4.58

r₈＝-12.180

d₈＝1.30  nd₄＝1.92286  vd₄＝18.90

r₉＝41.403

d₉＝6.00  nd₅＝1.881  vd₅＝40.14

r₁₀＝-16.215

d₁₀＝4.69

r₁₁＝27.944

d₁₁＝2.95  nd₆＝2.00069  vd₆＝25.46

r₁₂＝-116.373

d₁₂＝14.09

r₁₃＝∞(像面)

透镜系统全系的焦距(f)＝35.0

F数(Fno.)＝1.42

半视场角(ω)＝7.81

(关于条件式(1)的数值)

nd23(正透镜L₂₂₃对d线的折射率)＝2.00069

(关于条件式(2)的数值)

f23(正透镜L₂₂₃的焦距)＝22.75

f23/f＝0.65

(关于条件式(3)的数值)

vd13(负透镜L₂₁₃对d线的阿贝数)＝17.98

图4是表示实施例2的透镜系统对d线(λ＝587.56nm)的诸像差图。还有，像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

【实施例3】

图5是表示实施例3的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。此透镜系从未图示的物体侧顺次配置具有正光焦度的第一透镜群G₃₁、光阑S、具有正光焦度的第二透镜群G₃₂而构成。此透镜系统中，通过使透镜系统整体沿光轴移动，来进行调焦。

就第一透镜群G₃₁而言，从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜L₃₁₁、正透镜L₃₁₂、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜L₃₁₃而构成。

就第二透镜群G₃₂而言，从物体侧顺次配置负透镜L₃₂₁、正透镜L₃₂₂、正透镜L₃₂₃而构成。负透镜L₃₂₁和正透镜L₃₂₂被接合。

以下，示出关于实施例3的透镜系统的各种数值数据。

(透镜数据)

r₁＝25.218

d₁＝3.80  nd₁＝1.58913  vd₁＝61.25

r₂＝77.111

d₂＝0.15

r₃＝19.069

d₃＝3.20  nd₂＝1.83481  vd₂＝42.72

r₄＝24.385

d₄＝2.18

r₅＝14.906

d₅＝3.90  nd₃＝1.95906  vd₃＝17.47

r₆＝9.275

d₆＝6.05

r₇＝∞(光阑)

d₇＝5.50

r₈＝-11.605

d₈＝1.30  nd₄＝1.80809  vd₄＝22.76

r₉＝35.340

d₉＝6.00  nd₅＝1.881  vd₅＝40.14

r₁₀＝-16.184

d₁₀＝4.10

r₁₁＝28.881

d₁₁＝3.10  nd₆＝2.001  vd₆＝29.13

r₁₂＝-1800.000

d₁₂＝15.06

r₁₃＝∞(像面)

透镜系统全系的焦距(f)＝35.0

F数(Fno.)＝1.42

半视场角(ω)＝7.81

(关于条件式(1)的数值)

nd23(正透镜L₃₂₃对d线的折射率)＝2.001

(关于条件式(2)的数值)

f23(正透镜L₃₂₃的焦距)＝28.42

f23／f＝0.812

(关于条件式(3)的数值)

vd13(负透镜L₃₁₃对d线的阿贝数)＝17.47

图6是实施例3的透镜系统对d线(λ＝587.56nm)的诸像差图。还有，像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

【实施例4】

图7是表示实施例4的透镜系统的构成的沿光轴的剖面图。此透镜系从未图示的物体侧顺次配置具有正光焦度的第一透镜群G₄₁、光阑S、具有正光焦度的第二透镜群G₄₂而构成。此透镜系统中，通过使透镜系统整体沿光轴移动，来进行调焦。

就第一透镜群G₄₁而言，从物体侧顺次配置弯月形状的正透镜L₄₁₁、正透镜L₄₁₂、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜L₄₁₃而构成。

就第二透镜群G₄₂而言，从物体侧顺次配置负透镜L₄₂₁、正透镜L₄₂₂、正透镜L₄₂₃而构成。负透镜L₄₂₁和正透镜L₄₂₂被接合。

以下，示出关于实施例4的透镜系统的各种数值数据。

(透镜数据)

r₁＝28.699

d₁＝3.46  nd₁＝1.61800  vd₁＝63.39

r₂＝82.060

d₂＝0.15

r₃＝18.000

d₃＝3.45  nd₂＝1.83481  vd₂＝42.72

r₄＝23.807

d₄＝0.74

r₅＝14.707

d₅＝3.90  nd₃＝1.92286  vd₃＝18.90

r₆＝9.170

d₆＝7.05

_r7＝∞(光阑)

d₇＝4.98

r₈＝-12.867

d₈＝1.30  nd₄＝1.80809  vd₄＝22.76

r₉＝37.844

d₉＝6.00  nd₅＝1.881  vd₅＝40.14

r₁₀＝-16.294

d₁₀＝1.39

r₁₁＝36.787

d₁₁＝3.50  nd₆＝2.001  vd₆＝29.13

r₁₂＝-1800.000

d₁₂＝16.63

r₁₃＝∞(像面)

透镜系统全系的焦距(f)＝35.0

F数(Fno.)＝1.42

半视场角(ω)＝7.75

(关于条件式(1)的数值)

nd23(正透镜L₄₂₃对d线的折射率)＝2.001

(关于条件式(2)的数值)

f23(正透镜L₄₂₃的焦距)＝36.75

f23／f＝1.05

(关于条件式(3)的数值)

vd13(负透镜L₄₁₃对d线的阿贝数)＝18.90

图8是表示实施例4的透镜系统的对d线(λ＝587.56nm)的诸像差图。还有，像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

还有，在上述各实施例中的数值数据中、r₁、r₂、…表示各透镜、光阑面等的曲率半径，d₁、d₂、…表示各透镜、光阑等的壁厚或其面间隔，nd₁、nd₂、…表示各透镜对d线(λ＝587.56nm)的折射率，vd₁、vd₂、…表示各透镜对d线(λ＝587.56nm)的阿贝数。而且，长度的单位全部是“mm”，角度的单位全部是“°”。

如以上说明的，上述各实施例的透镜系统，通过具备上述构成，能够得到明亮的图像，并通过有效地校正诸像差而维持高成像性能，且能够具备与高像素的固体摄像元件相应的分辨率。

特别是通过由6片透镜构成、并满足上述各条件式，能够实现小型、轻量的透镜系统，其F数为1.2～1.4左右的大孔径比，同时维持着诸像差可以得到有效校正的高成像性能，具备可以对应300万像素以上的固体摄像元件的高分辨率。另外，即使第一透镜群和第二透镜群全部由球面透镜构成，也能够良好地校正诸像差，因此，能够实现廉价的透镜系统。

【产业上的可利用性】

如上，本发明的透镜系统，对于监视夜间和昏暗场所的监控摄像机有用，特别是最适合不分昼夜都要求有鲜明的证据图像的交通监控用摄像机。另外，也能够使用于无反光镜的单镜头相机。

Claims (2)

1.一种透镜系统，其是由从物体侧顺次配置的，具有正光焦度的第一透镜群、光阑、具有正光焦度的第二透镜群所构成的透镜系统，其特征在于，

所述第二透镜群由从物体侧顺次配置的负透镜、正透镜、正透镜构成，且满足以下所示的条件式，

(1)nd23>1.9

(2)0.4≤f23／f≤1.2

其中，nd23表示所述第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜对d线的折射率，f23表示所述第二透镜群的最靠像侧所配置的正透镜的焦距，f表示光学系统全系的焦距。

2.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，

所述第一透镜群由从物体侧顺次配置的弯月形状的正透镜、正透镜、凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜构成，且满足以下所示的条件式，

(3)vd13<23

其中，vd13表示所述第一透镜群的最靠像侧所配置的负透镜对d线的阿贝数。

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