CN104995542A - 光学系统、光学装置和制造光学系统的方法 - Google Patents

光学系统、光学装置和制造光学系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明按从物体侧的顺序，具有：具有负屈光力的第一透镜(L1)；作为具有面向物体的凸表面的正弯月透镜的第二透镜(L2)；孔径光阑(S)；以及具有面向物体的凸表面的第三透镜(L3)。本发明满足下述条件式(1)：6.6<|f12/f|…(1)，其中，f12表示第一透镜(L1)和第二透镜(L2)的合成焦距，以及f表示光学系统(WL)的焦距。

Description

光学系统、光学装置和制造光学系统的方法
技术领域
本发明涉及用于像捕捉光学系统，诸如数码相机、胶片相机和摄像机的最佳光学系统。
背景技术
近年来，已经提出了具有广角的小型单焦点镜头(例如，见专利文献1)。用于小型数码相机的大多数变焦镜头近来使用可伸缩型镜筒-当不使用相机时，该镜筒缩回相机中的公知镜筒。此外，正如变焦镜头，已经提出了当不使用相机时，使镜筒缩回相机中，并且相对于无限远的物点，其焦距不会改变的具有广角的广角单焦点镜头。
现有技术清单
专利文献
专利文献1：日本专利公开号No.2011-076021(A)
专利文献2：日本专利公开号No.2008-40033(A)
发明内容
技术问题
然而，在常见广角镜头的情况下，该光学系统的全长(total length)很长，并且前透镜直径很大。因此，将这种镜头用于当不使用时使镜筒缩回相机的小型相机不利于小型化这种相机。此外，常见单焦点广角镜头不具有足够的亮度，并且光学系统的全长很长。
鉴于上文，本发明的目的是提供具有小型化和高光学性能的光学系统和光学装置，并且制造该光学系统的方法。
技术方案
为实现该目的，根据本发明的第一方面的光学系统按从物体侧的顺序，具有：具有负屈光力的第一透镜；作为正弯月透镜并且具有面向物体的凸表面的第二透镜；孔径光阑；以及具有面向物体的凸表面的第三透镜，并且该光学系统满足下述条件式。
6.6<|f12/f|
其中，f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距，以及f表示所述光学系统的焦距。
在根据本发明的第一方面的光学系统中，优选所述第一透镜是具有面向像的凹表面的负弯月透镜。
在根据本发明的第一方面的光学系统中，优选所述第三透镜具有正屈光力。
在根据本发明的第一方面的光学系统中，优选位于离像最近的透镜的像侧表面是非球面。
在根据本发明的第一方面的光学系统中，优选所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均是球面透镜。
在根据本发明的第一方面的光学系统中，优选满足下述条件式。
0.75<{(-f1)/d}/f<1.20
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，以及d表示从所述第一透镜的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴上的距离。
根据本发明的第一方面的光学装置，包括上述光学系统的任何一个。
根据本发明的第一方面的制造光学系统的方法是用于下述光学系统的方法，该光学系统按从物体侧的顺序，包括：具有负屈光力的第一透镜；作为正弯月透镜并且具有面向物体的凸表面的第二透镜；孔径光阑；和具有面向物体的凸表面的第三透镜，该方法包括：将每一透镜组装在镜筒中，使得满足下述条件式。
6.6<|f12/f|
其中，f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距，以及f表示所述光学系统的焦距。
根据本发明的第二方面的光学系统，按从物体侧的顺序，具有：第一透镜组、孔径光阑和第二透镜组，所述第一透镜组按从物体侧的顺序，包括负透镜和正透镜；所述第二透镜组包括作为面向物体的凸表面的、离物体最近的透镜表面，以及设置为离像最近的正透镜，并且该光学系统满足下述条件式。
0.172<L1r2/L2r2<0.700
其中，L1r2表示所述第一透镜组的负透镜的像侧透镜表面的曲率半径，以及L2r2表示所述第一透镜组的正透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选所述第一透镜组具有正屈光力，以及所述第一透镜组的负透镜具有面向像的凹表面。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选满足下述条件式。
1.00<f1/f2<9.00
其中，f1表示所述第一透镜组的焦距，以及f2表示所述第二透镜组的焦距。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选所述第二透镜组中，设置为离像最近的正透镜是具有面向像的凸表面的弯月透镜。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选所述第二透镜组具有至少两个胶合透镜。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选满足下述条件式。
1.9<TL/f<2.5
其中，TL表示从所述光学系统中离物体最近的透镜表面到近轴像面的长度，以及f表示所述光学系统的焦距。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选所述第二透镜组按从物体侧的顺序，包括：具有面向物体的凸表面的正透镜和具有面向像的凹表面的负透镜的胶合透镜；具有面向物体的凹表面的负透镜和具有面向像的凸表面的正透镜的胶合透镜；以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜。
在根据本发明的第二方面的光学系统中，优选所述第二透镜组包括为非球面的至少一个表面。
根据本发明的第二方面的光学装置，包括上述光学系统的任何一个。
根据本发明的第二方面的制造光学系统的方法是制造下述光学系统的方法，该光学系统按从物体侧的顺序，包括：第一透镜组、孔径光阑和第二透镜组，该方法包括：将每一透镜组装在镜筒中，使得所述第一透镜组按从物体侧的顺序，包括负透镜和正透镜；所述第二透镜组包括设置为离物体最近且是面向物体的凸表面的透镜表面以及设置为离像最近的正透镜，并且满足下述条件式。
0.172<L1r2/L2r2<0.700
其中，L1r2表示所述第一透镜组的负透镜的像侧透镜表面的曲率半径，以及L2r2表示所述第一透镜组的正透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
有益效果
本发明能提供小型并且具有高光学性能的光学系统和光学装置，以及制造该光学系统的方法。
附图说明
图1是图示根据实例1的光学系统的构造的截面图；
图2是示出在聚焦无限远时，根据实例1的光学系统的各种像差的图；
图3是图示根据实例2的光学系统的构造的截面图；
图4是示出在聚焦无限远时，根据实例2的光学系统的各种像差的图；
图5是图示根据实例3的光学系统的构造的截面图；
图6是示出在聚焦无限远时，根据实例3的光学系统的各种像差的图；
图7示出包括根据由实例1至3表示的实施例的光学系统的数码相机(光学装置)，其中，图7A是正视图，以及图7B是后视图；
图8是沿图7A中的A-A'线的截面图；
图9是图示制造根据由实例1至3表示的实施例的光学系统的方法的流程图；
图10是图示根据实例4的光学系统的构造的截面图；
图11是示出在聚焦无限远时，根据实例4的光学系统的各种像差的图；
图12是图示根据实例5的光学系统的构造的截面图；
图13是示出在聚焦无限远时，根据实例5的光学系统的各种像差的图；
图14是图示根据实例6的光学系统的构造的截面图；
图15是示出在聚焦无限远时，根据实例6的光学系统的各种像差的图；
图16是图示根据实例7的光学系统的构造的截面图；
图17是示出当聚焦无限远时，根据实例7的光学系统的各种像差的图；
图18是图示根据实例8的光学系统的构造的截面图；
图19是示出当聚焦无限远时，根据实例8的光学系统的各种像差的图；
图20示出包括根据由实例4至8表示的实施例的光学系统的数码相机(光学装置)，其中，图20A是正视图，以及图20B是后视图；
图21是沿图20A中的A-A'线的截面图；以及
图22是图示制造根据由实例4至8表示的实施例的光学系统的方法的流程图。
具体实施方式
现在，将参考图，描述实施例1。
如图1所示，实施例1的光学系统WL按从物体侧的顺序，包括具有负屈光力物第一透镜L1、作为具有面向物体的凸表面的正弯月透镜的第二透镜L2、孔径光阑S和具有面向物体的凸表面的第三透镜L3，并且光学系统WL满足下述条件式(1)。
6.6<|f12/f|---(1)
其中，f12表示第一透镜L1和第二透镜L2的合成焦距，以及f表示光学系统WL的焦距。
在设计成像光学系统，诸如摄影镜头中，通常难以实现更广视角和更大孔径，而不增加光学系统的尺寸。当孔径变得越大时，变得难以在校正彗差和像散的同时，校正球面像差。此外，如果加宽视角而不增加光学系统的尺寸，变得难以校正球面像差、像散和各种色差。
在具有上述构造的根据该实施例的光学系统WL中，然而，能在不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，即使光学系统的尺寸小，也能实现亮度(Fno：约2.8)和广角(约75°)，并且使用少量透镜，能良好地校正球面像差、彗差和色差。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒部分的厚度，该光学系统WL有助于使相机更薄。
将光学系统WL设计成反焦型(retro focus type)，其中，使具有正屈光力的透镜组设置为比具有屈光力的第一透镜L1更接近像，因此，能抑制包括彗差和场曲的各种像差，并且即使光学系统的尺寸小，也能增加视角。
此外，孔径光阑S设置在第二透镜L2的像侧上，因此，能在保持最接近物体的第一透镜L1的有效直径小的同时，良好地校正畸变和场曲。
条件式(1)规定第一透镜L1和第二透镜L2的合成焦距。通过满足条件式(1)，能减少彗差和畸变。
如果当未到达条件式(1)的下限值时，合成焦距f12是为正值，那么第二透镜L2的屈光力变得太高。这增加了第二透镜的像侧表面的曲率半径，因此，向外彗差增加并且校正这种情形变得困难。如果当未达到条件式(1)的下限值时，合成焦距f12为负值，第二透镜L2的屈光力变得过低。这增加了第二透镜L2的像侧表面的曲率半径，因此，校正负畸变变得困难。此外，第三透镜L3的物体侧表面的曲率半径变得过小。这增加了向内彗差，因此，校正第三透镜L3和设置在第三透镜L3后的透镜中的彗差变得困难。
为确保本实施例的效果，优选条件式(1)的下限值为8.2。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选第一透镜L1为具有面向像的凹表面的负弯月透镜。通过该构造，能良好地校正畸变和彗差。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选第三透镜L3具有正屈光力。通过该构造，能良好地校正彗差。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选设置为离像最近的透镜的像侧表面(在图1的情况下，第七透镜L7的像侧表面m13)为非球面。通过该构造，远轴光线通过远离光轴的部分的表面变为非球面，因此，能良好地校正包括场曲和像散的镜头系统的像差。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选第一透镜、第二透镜和第三透镜均是球面透镜。通过该构造，能以低成本制造镜筒，同时抑制畸变和彗差的变化。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选满足下述条件式(2)。
0.75<{(-f1)/d}/f<1.20---(2)
其中，f1表示第一透镜L1的焦距，以及d表示从第一透镜L1的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴上的距离。
条件式(2)规定第一透镜L1的焦距和从第一透镜L1的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴上的长度。通过满足条件式(2)，能良好地校正彗差和畸变，并且即使光学系统的尺寸小，也能获得平的像平面。
如果未达到条件式(2)的下限值，第一透镜L1的屈光力的绝对值变得过高。这允许相对于从第一透镜L1的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴的长度，减小光轴上第一透镜L1和第二透镜L2的长度，有利于小型化，但在第一透镜L1和第二透镜L2中生成的彗差和畸变变得过大，使得难以校正镜头系统中的像差。
如果超出条件式(2)的上限值，第一透镜L1的屈光力的绝对值变得过小。因此，相对于从第一透镜L1的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴上的长度，光轴上第一透镜L1和第二透镜L2的长度变得过长。因此，不能充分地保证设置在光轴上的第三透镜L3的像侧上的透镜的长度，使得难以校正彗差。此外，petzval和变得过大，使得难以获得平的像平面。
为确保本实施例的效果，优选条件式(2)的下限值为0.78。为最大程度确保本实施例的效果，优选条件式(2)的下限值为0.82。
为确保本实施例的效果，优选条件式(2)的上限值为1.07。为最大程度确保本实施例的效果，优选条件式(2)的上限值为0.94。
根据具有本实施例的上述实施例光学系统WL，能实现当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、广角、亮度和高光学性能的光学系统。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒的厚度，能实现更薄相机。
图7和图8示出作为包括上述光学系统WL的光学装置的数码相机CAM(光学装置)的构造。在数码相机CAM中，如果按下电源按钮(未示出)，打开像捕捉镜头(光学系统WL)的快门(未示出)，以及由光学系统WL采集来自物体的光，并且在设置在像平面I(见图1)上的成像元件C(例如CCD，CMOS)上形成像。在成像元件C上形成的物体像显示在设置在数码相机CAM的背面上的液晶监视器M上。用户在查看液晶监视器M的同时，确定构图，然后按下释放按钮B1来使用成像元件C拍摄物体像，并且将该像记录和存储在存储器(未示出)中。
在相机CAM中，设置当物体显得暗时发出辅助光的辅助发光单元EF和用来设定数码相机CAM的各种条件的功能按钮B2。这里，举例示出集成相机CAM和光学系统WL的小型相机，但光学装置可以是单镜头反光相机，其中，具有光学系统WL的镜筒和相机本体可以拆卸。
根据具有上述构造的相机CAM，其中，包括光学系统WL作为像捕捉镜头，能实现当不使用相机时，镜筒能缩回到相机中，但仍然具有小型、广角、亮度和高光学性能的相机。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒部分的厚度，能实现更薄相机。
现在，将参考图9，描述制造光学系统WL的方法。首先，在镜筒中组装每一透镜，使得按从物体侧的顺序，设置具有负屈光力的第一透镜L1、作为具有面向物体的凸表面的正弯月透镜的第二透镜L2、孔径光阑S和具有面向物体的凸表面的第三透镜L3(步骤ST10)。在该步骤中，在镜筒中，组装每一透镜，使得满足下述条件式(1)(步骤ST20)。
6.6<|f12/f|---(1)
其中，f12表示第一透镜L1和第二透镜L2的合成焦距，以及f表示光学系统WL的焦距。
例如，在根据本实施例的镜头构造中，如在图1的光学系统WL中所示，将每一透镜组装在镜筒中，使得按从物体侧的顺序，设置具有面向像的凹表面的负弯月透镜、具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2、孔径光阑S、正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7。该光学系统WL满足下述条件式(1)(对应值：6.615)。
根据制造本实施例的光学系统WL的方法，能实现当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、广角、亮度和高光学性能的光学系统。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒的厚度，能实现有助于更薄相机的光学系统。
实例(1)
现在，将参考图，描述实施例1的每一实例。下述表1至表3是实例1至实例3中的每一数据的表。
与实例1有关的图1中的每一参考符号不同于其他实例，以便防止由参考符号的数字的编号的增加而导致的描述复杂化。因此，即使在与另一实例有关的图中，参考符号相同，但这不总是表示这些构成元件是相同的。
在每一实例中，相对于C线(波长：656.2730nm)、d线(波长：587.5620nm)、F线(波长：486.1330nm)和g线(波长：435.8350nm)，计算像差特性。
在每一表的[透镜数据]中，表面编号是在光传播方向中，从物体侧计数的光学表面的顺序号，R表示每一光学表面的曲率半径，D表示在光轴上，从每一光学表面到下一光学表面(或像平面)的表面距离，nd表示相对于d线，光学构件的材料的折射率，以及νd表示相对于d线，光学构件的材料的阿贝数。物体表面表示物体的表面，(变量)表示可变表面距离，曲率半径“∞”表示平面或孔径，(光阑S)表示孔径光阑S，以及像平面表示像平面I。省略空气的折射率“1.00000”。如果光学表面是非球面，在表面编号上附加“*”，并且在曲率半径R列中示出近轴曲率半径。
在每一表的[非球面数据]中，由下述表达式(a)表示[透镜数据]中的非球面表面的形状。X(y)表示在高度y处从非球面表面的顶点的切面到非球面表面的位置的光轴方向中的距离，r表示基准非球面表面的曲率半径(近轴曲率半径)，κ表示锥形系数，以及Ai表示第i次的非球面系数，“E-n”表示“×10–n”。例如，1.234E-05＝1.234×10-5。
X(y)＝(y2/r)/{1+(1-κ×y2/r2)1/2}
+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10---(a)
在每一表的[各种数据]中，f表示光学系统WL的焦距，Fno表示F数，ω表示半视角(最大入射角：单位：°)，Y表示像高，BF表示后焦距离(back focus)(基于空气换算，在光轴上，从镜头的最后一个表面到近轴像平面的距离)，以及TL表示镜头全长(total lens length)(在光轴上，从镜头的第一表面到镜头的最后一个表面的距离+后焦距离)。对下述实施例2的实例，上述描述是相同的。
在[条件式]中，示出了对应于每一条件式(1)和(2)的值。
在下述所有数据值中，除非具体指出，否则“mm”通常用作焦距f、曲率半径R、表面距离D和其他长度的单位，但单位不限于“mm”，以及可以使用另一适当的单位，因为即使成比例地扩大或成比例地缩小光学系统，也能获得等效的光学性能。
表中的该描述对所有实例相同，因此，下文省略其描述。
(实例1)
将参考图1、图2和表1，描述实例1。如图1所示，根据实例1的光学系统WL(WL1)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，具有：具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1、具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2、孔径光阑S、正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜、具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7和滤波器组FL。正透镜L7的像侧表面为非球面。滤波器组FL由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表1示出实例1的每一数据值。表1中的表面编号1至17分别对应于图1中的每一光学表面m1至m17。在实例1中，表面13是非球面。
(表1)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面13
κ＝1.0000,A4＝1.0347E+00,A6＝3.0500E+00,A8＝6.0720E+00,A10＝-3.0169E+01
[各种数据]
[条件式]
f12＝6.615
f＝1.000
f1＝-1.278
d＝1.362
条件式(1)|f12/f|＝6.615
条件式(2){(-f1)/d}/f＝0.939
如表1所示，实例1的光学系统WL1满足条件式(1)和(2)。
图2是示出在聚焦无限远时，根据实例1的光学系统WL1的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。
在示出像差的每一图中，FNO表示F数，以及A表示相对于每一像高的半视角(单位：°)。d表示在d线的像差，g表示在g线的像差，C表示在C线的像差，以及F表示在F线的像差。无指标则是指在d线的像差。在示出像散的图中，实线表示矢状像面，而虚线表示子午像面。该实例的参考符号对示出稍后所述的每一实例中的各种像差的图来说是相同的。
如图2中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例1的光学系统WL1具有良好的成像性能。
(实例2)
将参考图3、图4和表2，描述实例2。如图3所示，根据实例2的光学系统WL(WL2)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，具有：具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1、具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2、孔径光阑S、具有面向像的凹表面的负弯月透镜L3和正双凸透镜L4的胶合透镜、具有面向像的凹表面的负弯月透镜L5、负双凹透镜L6和正双凸透镜L7的胶合透镜、具有面向像的凸表面的正弯月透镜L8和滤波器组FL。正透镜L8的像侧表面为非球面。滤波器组FL由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表2示出实例2的每一数据值。表2中的表面编号1至19分别对应于图3中的每一光学表面m1至m19。在实例2中，表面15是非球面。
(表2)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面15
κ＝1.0000,A4＝1.2112E+00,A6＝4.1370E+00,A8＝1.1038E+00,A10＝-1.0369E+01
[各种数据]
[条件式]
f12＝2843.643
f＝1.000
f1＝-1.176
d＝1.366
条件式(1)|f12/f|＝2843.643
条件式(2){(-f1)/d}/f＝0.861
如表2所示，实例2的光学系统WL2满足条件式(1)和(2)。
图4是示出在聚焦无限远时，根据实例2的光学系统WL2的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图2中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例1的光学系统WL1具有良好的成像性能。
(实例3)
将参考图5、图6和表3，描述实例3。如图5所示，根据实例3的光学系统WL(WL3)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，具有：负双凹透镜L1、具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2、孔径光阑S、正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜、具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7和滤波器组FL。正透镜L7的像侧表面为非球面。滤波器组FL由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表3示出实例3的每一数据值。表3中的表面编号1至17分别对应于图5中的每一光学表面m1至m17。在实例3中，表面13是非球面。
(表3)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面13
κ＝1.0000,A4＝1.1761E+00,A6＝3.3115E+00,A8＝2.5924E-01,A10＝-8.3866E+00
[各种数据]
[条件式]
f12＝-26.323
f＝1.000
f1＝-1.127
d＝1.362
条件式(1)|f12/f|＝26.323
条件式(2){(-f1)/d}/f＝0.827
如表3所示，实例3的光学系统WL3满足条件式(1)和(2)。
图6是示出在聚焦无限远时，根据实例3的光学系统WL3的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图6中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例3的光学系统WL3具有良好的成像性能。
根据上述每一实例，能实现当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、高亮(Fno：约2.8)、广角(约75°)的光学系统，同时在该光学系统中，使用少量透镜，能良好地校正包括球面像差、彗差和横向色差的各种像差。
实施例(2)的描述
现在，将参考图描述实施例2。
如图10所示，实施例2的光学系统WL按从物体侧的顺序，具有：第一透镜组G1、孔径光阑S和第二透镜组G2，其中，第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括负透镜L1和正透镜L2，第二透镜组G2包括作为面向物体的凸表面的离物体最近的透镜表面(在图10的情况下，透镜表面m6)和设置为离像最近的正透镜(在图10的情况下，透镜L8)，并且光学系统WL满足下述条件式(3)。
0.172<L1r2/L2r2<0.700---(3)
其中，L1r2表示第一透镜组G1的负透镜L1的像侧透镜表面的曲率半径，以及L2r2表示第一透镜组G1的正透镜L2的像侧透镜表面的曲率半径。
根据该构造，能提供当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、广角(约76°)、亮度(Fno：约2.8)和高光学性能的光学系统。
条件式(3)规定第一透镜组G1中，负透镜L1的像侧表面与正透镜L2的像面表面的曲率半径的比，并且用于良好地校正在第一透镜组G1中产生的彗差、像散和畸变。如果未达到条件式(3)的下限值，负透镜L1的像侧表面变得远小于正透镜L2的像侧表面，有利于校正Petzval和以及小型化镜头，但难以校正整个镜头系统的彗差和畸变。如果超出条件式(3)的上限值，负透镜L1的像侧表面变得远大于正透镜L2的像侧表面，有利于校正整个镜头系统中的畸变，但变得难以校正场曲和彗差。此外，必须增加负透镜L1和正透镜L2之间的距离来校正第一透镜组G1中的Petzval和，使得不可能小型化。
为确保本实施例的效果，优选条件式(3)的下限值为0.175。为最大程度地确保本实施例的效果，优选条件式(3)的下限值为0.180。
为确保本实施例的效果，优选条件式(3)的上限值为0.600。为最大程度地确保本实施例的效果，优选条件式(3)的上限值为0.500。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选，第一透镜组G1具有正屈光力，并且第一透镜组G1中，设置为离物体最近的负透镜L1具有面向像的凹表面。通过这种构造，在整个镜头系统中，能良好地校正各种像差，同时减少在第一透镜组G1中产生的畸变。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选满足下述条件式(4)。
1.00<f1/f2<9.00---(4)
其中，f1表示第一透镜组G1的焦距，以及f2表示第二透镜组G2的焦距。
条件式(4)规定第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的焦距比。如果未达到条件式(4)的下限值，相对于孔径光阑S的对称特性良好，有利于校正彗差、畸变和横向色差，但Petzval和增加，使得难以校正场曲。如果超出条件式(4)的上限值，与第二透镜组G2的焦距相比，第一透镜组G1的焦距变得相对太长，丢掉相对于孔径光阑S的对称特性，并且变得不利于校正彗差、畸变和横向色差。
为确保本实施例的效果，优选条件式(4)的下限值为1.05。为最大程度地确保本实施例的效果，优选条件式(4)的下限值为1.10。
为确保本实施例的效果，优选条件式(4)的上限值为8.00。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选第二透镜组G2中，设置为离像最近的正透镜为具有面向像的凸表面的弯月透镜。通过该构造，在不增加后焦距离和全长的情况下，能保持与像平面的入射角小，因此变得可以小型化。此外，能良好地校正场曲和彗差。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选第二透镜组G2具有至少两个胶合透镜。通过该构造，能良好地校正纵向色差、像散、横向色差和彗差。
在根据该实施例的光学系统WL中，优选，满足下述条件式(5)。
1.9<TL/f<2.5---(5)
其中，TL表示从光学系统WL中离物体最近的透镜表面到近轴像面的长度，以及f表示光学系统WL的焦距。
条件式(5)规定平衡整个系统的小型化和校正像差的光学系统WL的适当全长。如果未达到条件式(5)的下限值，光学系统WL的全长变短，有利于小型化，但变得难以校正包括像散、场曲和彗差的各种像差，使得难以实现高光学性能。如果超出条件式(5)的上限值，有利于校正包括像散、场曲和彗差的各种像差，实现高光学性能，但对小型化来说是不期望的，因为光学系统WL的全长变得太长。
为确保本实施例的效果，优选条件式(5)的下限值为2.0。为最大程度地确保本实施例的效果，优选条件式(5)的下限值为2.1。
为确保本实施例的效果，优选条件式(5)的上限值为2.4。为最大程度地确保本实施例的效果，优选条件式(5)的上限值为2.3。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括具有面向物体的凸表面的正透镜与具有面向像的凹表面的负透镜的胶合透镜、具有面向物体的凹表面的负透镜和具有面向像的凸表面的正透镜的胶合透镜，以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜。通过该构造，能良好地校正包括球面像差和彗差的各种像差，并且在整个镜头中，实现高光学性能。
在根据本实施例的光学系统WL中，优选第二透镜组G2的至少一个表面是非球面。通过该构造，能良好地校正球面像差、像散和彗差。
根据具有本实施例的上述实施例光学系统WL，能实现当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、广角、亮度和高光学性能的光学系统。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒的厚度，能实现更薄相机。
图20和图21示出作为包括上述光学系统WL的光学装置的数码相机CAM(光学装置)的构造。在数码相机CAM中，如果按下电源按钮(未示出)，打开像捕捉镜头(光学系统WL)的快门(未示出)，并且由光学系统WL采集来自物体的光，并且在设置在像平面I(见图10)上的成像元件C(例如CCD，CMOS)上形成像。在成像元件C上形成的物体像显示在设置在数码相机CAM的背面上的液晶监视器M上。用户在查看液晶监视器M的同时，确定构图，然后按下释放按钮B1来使用成像元件C拍摄物体像，并且将该像记录和存储在存储器(未示出)中。
在相机CAM中，设置当物体显得暗时发出辅助光的辅助发光单元EF和用来设定数码相机CAM的各种条件的功能按钮B2。这里，举例示出集成相机CAM和光学系统WL的小型相机，但光学装置可以是单镜头反光相机，其中，具有光学系统WL的镜筒和相机本体可以拆卸。
根据具有上述构造的相机CAM，其中，包括光学系统WL作为像捕捉镜头，能实现当不使用相机时，镜筒能缩回到相机中，但仍然具有小型、广角、亮度和高光学性能的相机。
现在，将参考图22，描述制造光学系统WL的方法。首先，将每一透镜组装在镜筒中，使得按从物体侧的顺序，设置第一透镜组G1、孔径光阑S和第二透镜组G2(步骤ST10)。在该步骤中，组装每一透镜，作为第一透镜组G1，使得按从物体侧的顺序，设置负透镜L1和正透镜L2(步骤ST20)。然后，组装每一透镜，作为第二透镜组G2，使得离物体最近的透镜表面为面向物体的凸表面，并且使正透镜设置为离像最近(步骤ST30)。组装每一透镜使得满足下述条件式(3)(步骤ST40)。
0.172<L1r2/L2r2<0.700---(3)
其中，L1r2表示第一透镜组G1的负透镜L1的像侧透镜表面的曲率半径，以及L2r2表示第一透镜组G1的正透镜L2的像侧透镜表面的曲率半径。
例如，在根据本实施例的镜头构造中，如图10中的光学系统WL中所示，在镜筒中组装每一透镜，作为第一透镜组G1，使得按从物体侧的顺序，设置具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。然后，在镜筒中组装每一透镜，作为第二透镜组G2，使得按从物体侧的顺序，设置具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L3和正双凸透镜L4的胶合透镜、具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L5、负双凹透镜L6和正双凸透镜L7的胶合透镜以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L8。其中，满足条件式(3)(对应值：0.437)。
根据用于制造本实施例的光学系统WL的方法，能实现当不使用相机时，使镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型和高光学性能的光学系统。此外，通过最小化缩回状态中的镜筒部分的厚度，能实现有助于更薄相机的光学系统。
实例(2)
现在，将参考图，描述实施例2的每一实例(实例4至实例8)。下述表4至表8是实例4至实例8中的每一数据的表。
与实例4有关的图10中的每一参考符号不同于其他实例，以便防止由参考符号的数字的编号的增加而导致的描述复杂化。因此，即使参考符号与另一实例关联的图相同，但这不总是表示这些构成元件是相同的。
在每一实例中，相对于C线(波长：656.2730nm)、d线(波长：587.5620nm)、F线(波长：486.1330nm)和g线(波长：435.8350nm)，计算像差特性。
在每一表的[透镜组数据]中，G表示组编号，“组的第一表面”表示在每一组中，离物体最近的表面的表面编号，以及“组焦距”表示每一组的焦距。
在每一表的[条件式]中，示出了对应于每一条件式(3)至(5)的值。
在下述所有数据值中，除非具体指出，否则“mm”通常用作焦距f、曲率半径R、表面距离D和其他长度的单位，但单位不限于“mm”，以及可以使用另一适当的单位，因为即使成比例地扩大或成比例地缩小光学系统，也能获得等效的光学性能。
表中的该描述对所有实例相同，因此，下文省略其描述。
(实例4)
将参考图10、图11和表4，描述实例4。如图10中所示，根据实例4的光学系统WL(WL4)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜组G2和滤波器组FL。
第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。
第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L3和正双凸透镜L4的胶合透镜、具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L5、负双凹透镜L6和正双凸透镜L7的胶合透镜和具有面向像的凸表面的正弯月透镜L8。正透镜L8的像侧透镜表面为非球面。
由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成滤波器组FL，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表4示出实例4的每一数据值。表4中的表面编号1至19分别对应于图1中所示的m1至m19的每一光学表面。在实例4中，表面15为非球面。
(表4)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面15
κ＝1.0000,A4＝1.21955E+00,A6＝3.81700E+00,A8＝5.93920E+00,A10＝-3.00852E+01
[各种数据]
[透镜组数据]
[条件式]
条件式(3)L1r2/L2r2＝0.437
条件式(4)f1/f2＝54.707
条件式(5)TL/f＝2.209
如表4所示，实例4的光学系统WL4满足条件式(3)至(5)。
图11是示出在聚焦无限远时，根据实例4的光学系统WL4的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。
在示出像差的每一图中，FNO表示F数，以及A表示相对于每一像高的半视角(单位：°)。d表示在d线的像差，g表示在g线的像差，C表示在C线的像差，以及F表示在F线的像差。无指标则是指在d线的像差。在示出像散的图中，实线表示矢状像面，而虚线表示子午像面。该实例的参考符号对示出稍后所述的每一实例中的各种像差的图来说是相同的。
如图11中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例4的光学系统WL4具有良好的成像性能。
(实例5)
将参考图12、图13和表5，描述实例5。如图12中所示，根据实例5的光学系统WL(WL5)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜组G2和滤波器组FL。
第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括负双凹透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。
第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7。正透镜L7的像侧透镜表面为非球面。
由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成滤波器组FL，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表5示出实例5的每一数据值。表5中的表面编号1至17分别对应于图12中所示的m1至m17的每一光学表面。在实例5中，表面13为非球面。
(表5)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面13
κ＝1.0000,A4＝1.04405E+00,A6＝4.01005E+00,A8＝1.69331E+00,A10＝0.00000E+00
[各种数据]
[透镜组数据]
[条件式]
条件式(3)L1r2/L2r2＝0.180
条件式(4)f1/f2＝1.109
条件式(5)TL/f＝2.242
如表5所示，实例5的光学系统WL5满足条件式(3)至(5)。
图13是示出在聚焦无限远时，根据实例5的光学系统WL5的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图13中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例5的光学系统WL5具有良好的成像性能。
(实例6)
将参考图14、图15和表6，描述实例6。如图14中所示，根据实例6的光学系统WL(WL6)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜组G2和滤波器组FL。
第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。
第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7。正透镜L7的像侧透镜表面为非球面。
由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成滤波器组FL，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表6示出实例6的每一数据值。表6中的表面编号1至17分别对应于图14中所示的m1至m17的每一光学表面。在实例6中，表面13为非球面。
(表6)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面13
κ＝1.0000,A4＝9.92351E-01,A6＝2.97273E+00,A8＝8.26531E+00,A10＝-3.36149E+01
[各种数据]
[透镜组数据]
[条件式]
条件式(3)L1r2/L2r2＝0.428
条件式(4)f1/f2＝54.707
条件式(5)TL/f＝2.209
如表6所示，实例6的光学系统WL6满足条件式(3)至(5)。
图15是示出在聚焦无限远时，根据实例6的光学系统WL6的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图15中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例6的光学系统WL6具有良好的成像性能。
(实例7)
将参考图16、图17和表7，描述实例7。如图16中所示，根据实例7的光学系统WL(WL7)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜组G2和滤波器组FL。
第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括负双凹透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。
第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜，以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7。正透镜L7的像侧透镜表面为非球面。
由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成滤波器组FL，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表7示出实例7的每一数据值。表7中的表面编号1至17分别对应于图16中所示的m1至m17的每一光学表面。在实例7中，表面13为非球面。
(表7)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面13
κ＝1.0000,A4＝1.22717E+00,A6＝3.46350E+00,A8＝4.93210E+00,A10＝-3.04555E+01
[各种数据]
[透镜组数据]
[条件式]
条件式(3)L1r2/L2r2＝0.402
条件式(4)f1/f2＝7.957
条件式(5)TL/f＝2.139
如表7所示，实例7的光学系统WL7满足条件式(3)至(5)。
图17是示出在聚焦无限远时，根据实例7的光学系统WL7的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图17中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例7的光学系统WL7具有良好的成像性能。
(实例8)
将参考图18、图19和表8，描述实例8。如图18中所示，根据实例8的光学系统WL(WL8)是广角单焦点镜头，并且按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜组G2和滤波器组FL。
第一透镜组G1按从物体侧的顺序，包括具有面向像的凹表面的负弯月透镜L1和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L2。
第二透镜组G2按从物体侧的顺序，包括正双凸透镜L3和负双凹透镜L4的胶合透镜、负双凹透镜L5和正双凸透镜L6的胶合透镜以及具有面向像的凸表面的正弯月透镜L7。正透镜L6的像侧透镜表面为非球面。
由低通滤波器、红外截止滤波器等等构成滤波器组FL，以便截止超出设置在像平面I上的固态成像元件(例如CCD,CMOS)的临界分辨率的空间频率。
表8示出实例8的每一数据值。表8中的表面编号1至17分别对应于图1中所示的m1至m17的每一光学表面。在实例8中，表面11为非球面。
(表8)
[透镜数据]
[非球面数据]
表面11
κ＝1.0000,A4＝1.15623E+00,A6＝6.18674E+00,A8＝-9.96092E+00,A10＝0.00000E+00
[各种数据]
[透镜组数据]
[条件式]
条件式(3)L1r2/L2r2＝0.403
条件式(4)f1/f2＝6.123
条件式(5)TL/f＝2.195
如表8所示，实例8的光学系统WL8满足条件式(3)至(5)。
图19是示出在聚焦无限远时，根据实例8的光学系统WL8的各种像差(球面像差、像散、畸变、彗差和横向色差)。如图19中示出像差的每一图可以看出，良好地校正各种像差，确保根据实例8的光学系统WL8具有良好的成像性能。
根据上述每一实例，能实现当不使用相机时，能将镜筒缩回到相机中，但仍然具有小型、广角(约76°)、亮度(Fno为约2.8)和高光学性能的光学系统。
为帮助理解本发明，使用实施例的构成要求，描述了本发明，但不必说，本发明不限于这些实施例。
数字和字符的说明
WL(WL1至WL8) 光学系统
L1 第一透镜
L2 第二透镜
L3 第三透镜
S 孔径光阑
FL 滤波器组
I 像平面
CAM 数码相机(光学装置)

Claims (18)

1.一种光学系统，按从物体侧的顺序，包括：
第一透镜，所述第一透镜具有负屈光力；
第二透镜，所述第二透镜是正弯月透镜并且具有面向物体的凸表面；
孔径光阑；以及
第三透镜，所述第三透镜具有面向物体的凸表面，所述光学系统满足下述条件式：
6.6<|f12/f|
其中
f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距，以及
f表示所述光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜是具有面向像的凹表面的负弯月透镜。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第三透镜具有正屈光力。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，位于离像最近的透镜的像侧表面是非球面。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均是球面透镜。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中
满足下述条件式：
0.75<{(-f1)/d}/f<1.20
其中
f1表示所述第一透镜的焦距，以及
d表示从所述第一透镜的物体侧表面到位于离像最近的透镜的像侧表面的光轴上的距离。
7.一种光学装置，包括根据权利要求1所述的光学系统。
8.一种制造光学系统的方法，所述光学系统按从物体侧的顺序，包括：具有负屈光力的第一透镜；作为正弯月透镜并且具有面向物体的凸表面的第二透镜；孔径光阑；和具有面向物体的凸表面的第三透镜，
所述方法包括：将每一透镜组装在镜筒中，使得满足下述条件式：
6.6<|f12/f|
其中
f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距，以及
f表示所述光学系统的焦距。
9.一种光学系统，按从物体侧的顺序，包括第一透镜组、孔径光阑和第二透镜组，
所述第一透镜组按从物体侧的顺序，包括负透镜和正透镜；
所述第二透镜组包括：作为面向物体的凸表面的、离物体最近的透镜表面，以及设置为离像最近的正透镜，并且
满足下述条件式：
0.172<L1r2/L2r2<0.700
其中
L1r2表示所述第一透镜组的所述负透镜的像侧透镜表面的曲率半径，以及
L2r2表示所述第一透镜组的所述正透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其中
所述第一透镜组具有正屈光力，以及
所述第一透镜组的所述负透镜具有面向像的凹表面。
11.根据权利要求9所述的光学系统，其中
满足下述条件式：
1.00<f1/f2<9.00
其中
f1表示所述第一透镜组的焦距，以及
f2表示所述第二透镜组的焦距。
12.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述第二透镜组中设置为离像最近的所述正透镜是具有面向像的凸表面的弯月透镜。
13.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述第二透镜组具有至少两个胶合透镜。
14.根据权利要求9所述的光学系统，其中
满足下述条件式：
1.9<TL/f<2.5
其中
TL表示从所述光学系统中离物体最近的透镜表面到近轴像面的长度，以及
f表示所述光学系统的焦距。
15.根据权利要求9所述的光学系统，其中
所述第二透镜组按从物体侧的顺序，包括：
具有面向物体的凸表面的正透镜和具有面向像的凹表面的负透镜的胶合透镜；
具有面向物体的凹表面的负透镜和具有面向像的凸表面的正透镜的胶合透镜；以及
具有面向像的凸表面的正弯月透镜。
16.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述第二透镜组包括至少一个为非球面的表面。
17.一种光学装置，包括根据权利要求9所述的光学系统。
18.一种制造光学系统的方法，所述光学系统按从物体侧的顺序，包括：第一透镜组、孔径光阑和第二透镜组，
所述方法包括：
将每一透镜组装在镜筒中，使得所述第一透镜组按从物体侧的顺序，包括负透镜和正透镜，
所述第二透镜组包括：作为设置为离物体最近并且是面向物体的凸表面的透镜表面，以及设置为离像最近的正透镜，并且
满足下述条件式：
0.172<L1r2/L2r2<0.700
其中
L1r2表示所述第一透镜组的所述负透镜的像侧透镜表面的曲率半径，以及
L2r2表示所述第一透镜组的所述正透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
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