CN1462893A - 透镜系统以及具有该透镜系统的摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜系统，该系统从前方到后方顺序地具有把凸面朝向前方的半月形状而且负光焦度的第1透镜；两面凸形状而且正光焦度的第2透镜；孔径光阑；两面凹形状而且负光焦度的第3透镜；正光焦度的第4透镜；两面凸形状而且正光焦度的第5透镜，而且通过特定透镜的间隔或者构成透镜的材料等，确保充分的反焦距的同时，能够做成小型、低成本而且光学性能良好。

Description

透镜系统以及具有该透镜系统的摄影装置

技术领域

本发明涉及摄像机或者数字静止影像照相机等摄影装置中适宜的总长度短的负焦距型透镜。

背景技术

近年来，正在开发各种具有CCD传感器或者CMOS传感器的固体摄影元件等摄像机或者数字静止影像照相机。在这种摄影装置中，大多数情况下在从摄影透镜后端到摄影元件之间配置低通滤光片或者色滤光片等各种玻璃材料。因此，与焦距相比较，需要加长反焦距。

作为反焦距长的透镜类型，以往已知负焦距型透镜。例如，在特公昭46-24194号公报中公开了从物体一侧顺序地由凸面朝向物体一侧负半月形状的第1透镜，两面凸形状的第2透镜，两面凹形状的第3透镜，正折射率的第4透镜，两面凸形状的第5透镜共5个透镜构成的负焦距型透镜。

另外，近年来由于固体摄影元件的高速化的演变，在摄影透镜中所要求的性能非常高。作为兼顾高成像性能和长反焦距的负·正·负·正·正的5片构成的负焦距型透镜，例如已知特开昭63-81414号公报，特开平3-63613号公报，特开平10-213742号公报，特开平10-293246号公报，特开2001-100091号公报等。

这里，在负·正·负·正·正的5片构成的情况下，如果使第1透镜与第2透镜的间隔狭窄，则难以得到充分的反焦距，而如果过度延长反焦距，则第1透镜的能量增强，不仅难以进行象差修正，而且对于第1透镜的平行以及倾斜偏芯的性能恶化的灵敏度也升高。反之如果加宽间隔，则第1透镜的外径加大，反焦距也过长，将发生透镜总体大型化这样的问题。

在特开昭63-81414号公报或者特开平10-293246号公报中，第1透镜与第2透镜的间隔比较狭窄，在透镜的小型化方面虽然是有利的，但是难以进行象差修正。

另外，作为第2透镜与第3透镜的间隔，如果使间隔狭窄，则在第2透镜与第3部件之间难以设置光阑，不能够得到充分的出射光瞳距离。反之如果加宽间隔，则透镜总体的透镜直径大型化，轴外光束通过的高度相对升高，其结果将发生难以进行轴外象差的修正这样的问题。

特开平10-213742号公报或者特开2001-100091号公报为了仅在第2透镜与第3透镜之间配置光阑而维持充分的间隔，但是考虑到还配置了机械快门装置的情况下，不能说具有充分的间隔。另外，在摄像机或者数字静止影像照相机的情况下，虽然需要加长反焦距，但是所需要长度以上的反焦距将加长摄影透镜的总体长度，并不理想。

在特开平3-63613号公报中，反焦距成为焦点距离的1.2倍以上，对于摄影透镜的总体长度存在问题。另外，在负·正·负·正·正的5片构成的负焦距型透镜中，例如在特开平9-166748号公报中提出了使用非球面谋求进一步提高性能的透镜。

在特开平9-166748号公报中，通过把配置在最靠近影像一侧的第5透镜的一个面做成非球面，能够特别良好地修正轴外诸象差。

发明内容

本发明的目的在于改善上述以往的缺点，确保充分的负焦距的同时，提供小型、低成本而且光学性能良好的透镜系统。

为了达到上述目的，本发明的一个方面的透镜系统从前方(摄影透镜的情况下是物体一侧)向后方(摄影透镜的情况下是影像一侧)顺序地具有把凸面朝向前方的半月形状而且负光焦度(焦点距离的倒数)的第1透镜；两面凸形状而且正光焦度的第2透镜；孔径光阑；两面凹形状而且负光焦度的第3透镜；正光焦度的第4透镜；两面凸形状而且正光焦度的第5透镜，特征在于满足以下的条件。

0.5＜DB/f＜0.8…(1)

nd2＜1.7      …(2)

0.8＜bf/f＜1.0…(3)

式中，DB是第2透镜与第3透镜的间隔

  nd2是构成第2透镜的材料的折射率

  bf是反焦距

  f是整个系统的焦点距离。

本发明的一个方面的透镜系统最好还满足以下的条件。

0.6＜DA/f＜1.0  …(4)

0.45＜fA/fB＜0.7…(5)

1.4＜f5/f4＜2.0 …(6)

式中，DA是第1透镜与第2透镜的间隔

fA是从第1透镜到第2透镜的合成焦点距离

fB是从第3透镜到第5透镜的合成焦点距离

f4是第4透镜的焦点距离

f5是第5透镜的焦点距离。

附图说明

图1是数值实施例1的透镜系统的透镜剖面图。

图2是数值实施例1的透镜系统的诸象差图。

图3是数值实施例2的透镜系统的透镜剖面图。

图4是数值实施例2的透镜系统的诸象差图。

图5是数值实施例3的透镜系统的透镜剖面图。

图6是数值实施例3的透镜系统的诸象差图。

图7是数值实施例4的透镜系统的透镜剖面图。

图8是数值实施例4的透镜系统的诸象差图。

图9是数值实施例5的透镜系统的透镜剖面图。

图10是数值实施例5的透镜系统的诸象差图。

图11是数值实施例6的透镜系统的透镜剖面图。

图12是数值实施例6的透镜系统的诸象差图。

图13是利用了本发明的透镜系统的摄影装置的主要部分的概略图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的透镜系统以及使用了该透镜系统的摄影装置的实施形态。

图1、3、5、7、9、11分别是数值实施例1～6的透镜系统的透镜剖面图。图2、图4、图6、图8、图10、图12分别是各数值实施例的透镜系统的诸象差图。

本实施形态的透镜系统是在摄影装置中使用的透镜系统，在各透镜系统的剖面图中，左方是被拍摄物体一侧(前方)，右方是影像面一侧(后方)。在本实施例中，是5组5片的透镜结构(5个组分别是用单透镜构成的透镜结构)，通过如上述那样设定各透镜形状等，达到具有良好的光学性能而且小型、简易结构的低成本的负焦距型透镜。

本实施例中的透镜系统从物体一侧顺序由凸面朝向物体一侧的半月形状而且负折射率(光焦度＝焦点距离倒数)的第1透镜L1；两面凸形状而且正折射率第2透镜L2；孔径光阑SP；两面凹形状而且负折射率的第3透镜L3；正折射率的第4透镜L4；两面凸形状而且正折射率的第5透镜L5的5个透镜构成。第4透镜L4在数值实施例1、4以及6中是凸面朝向影像一侧的半月形状，在数值实施例2、3以及5中是两面凸形状。

在透镜系统的后方，设置着由与光学低通滤光片或者红外截止滤光片相当的玻璃组G，CCD传感器或者CMOS传感器构成的具备感光透镜系统形成的影像的感光面IP的固定摄影元件(光电变换元件)。

在数值实施例1～3中，在第2透镜L2的影像一侧的面上配置非球面，在数值实施例4中在物体一侧的面上配置非球面。这样，通过在孔径光阑SP的附近配置非球面，能够良好地修正在画面的整个区域产生影响的球面象差或者彗形象差。

另外，数值实施例4中的第2透镜L2的材质是塑料，能够进行比较低成本的制造。

在数值实施例5～6中，在第3透镜L3的物体一侧的面上配置非球面。与第2透镜L2相同，通过在孔径光阑SP的附近配置非球面，能够良好地修正对于画面整个区域产生影响的球面象差或者彗形象差。进而，通过把孔径光阑SP配置在第2透镜L2与第3透镜L3之间，能够得到适于近年来的摄影元件中的出射光瞳距离。

其次，说明上述各条件式中的技术上的意义。

条件式(1)是关于第2透镜L2与第3透镜L3的间隔的条件式，如果超过下限使间隔狭窄，则难以配置孔径光阑SP，不能够得到充分的出射光瞳距离。反之如果超过上限加宽间隔，则透镜总体的透镜直径加大，轴外光束通过的高度相对升高，其结果将发生难以进行轴外象差的修正这样的问题。

条件式(2)是关于第2透镜L2的折射率的条件式，示出制造成本便宜的折射率低的玻璃材料的，特别是从像场弯曲的修正的观点出发能够使用的上限值。

条件式(3)是关于反焦距的条件式，如果超过条件式的上限加长使反焦距则总体长度加长并增大体积，第1透镜L1的能量增强，难以进行畸变象差的修正。反之如果超过下限缩短反焦距，则难以安装光学的低通滤光片或者红外截止滤光片等色滤光片。

条件式(4)是关于第1透镜L1与第2透镜L2的间隔的条件式，如果超过下限使间隔狭窄，则难以得到充分的反焦距，而如果强行延伸反焦距，则第1透镜L1的能量增强，不仅难以进行象差修正，而且还对于第1透镜L1的平行以及倾斜偏芯的性能恶化的灵敏度升高。反之如果超过上限加宽间隔，则将发生第1透镜L1的外径增大，反焦距也过长，透镜总体大型化这样的问题。

条件式(5)是关于把孔径光阑SP夹在中间的前后透镜组的焦点距离之比的条件式，如果超过下限则像场弯曲成为修正过剩而不理想。另外，如果超过上限值则成为总体长度加长的方向而不理想。

条件式(6)是关于第4透镜L4与第5透镜L5的焦点距离之比的条件式，如果超过下限则畸变象差修正不足而不理想。另外，如果超过上限值则像场弯曲修正不足而不理想。

其次，使用图13说明作为摄影光学系统使用本发明的透镜系统数字静止影像照相机(摄影装置)的实施形态。图13中，10是照相机本体，11是由本发明的透镜系统构成的摄影光学系统，12是用于观察被拍摄物体图像的取景器。摄影光学系统11形成的图像形成在未图示光电变换元件的感光面上，光电变换元件把感光了的图像信息变换为电信号。13是频闪观测装置，14是测定窗，15是通知动作的液晶显示窗，16是释放按钮，17是切换各种模式的操作开关。

其次示出数值实施例1～6的数值数据。在各数值实施例中，i示出来自物体一侧的光学面的顺序，ri示出第i个光学面(第i面)的曲率半径，di示出第i面与第(i+1)面之间的间隔，ni和vi分别示出对于d线的第1光学部件的材质的折射率和阿贝数。

另外，最接近影像一侧的2个面是构成玻璃组G的面。f是焦点距离，fno示出F序数，ω示出半画面角。另外，如果把K作为离心率(圆锥常数)，把B、C、D、E作为非球面系数，以面顶点为基准，把来自光轴的高度h的位置中的光轴方向的变位作为x，则非球面形状用 $x=\frac{(1/r)h^2}{1+\sqrt{\{1-(1+K){(h/r)}^2\}}}+{\mathrm{Bh}}^4+{\mathrm{Ch}}^6+{\mathrm{Dh}}^8+{\mathrm{Eh}}^{10}$

表示。式中，r是曲率半径。另外，例如「D-Z」的表示意味着「10^-z」。另外，表1中示出与各数值实施例中的上述条件式的对应关系。〔数值实施例1〕

f＝5.000        fno＝1∶3.9   2ω＝58.4°

r1＝11.406       d1＝0.60      n1＝1.51633    v1＝64.1

r2＝2.866        d2＝4.50

r3＝5.898        d3＝1.70      n2＝1.69680    v2＝55.5

r4＝-6.978       d4＝1.34

r5＝(光阑)       d5＝1.71

r6＝-3.030       d6＝0.60      n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝10.297       d7＝0.16

r8＝-867.093     d8＝2.20      n4＝1.80400    v4＝46.6

r9＝-4.268       d9＝0.20

r10＝9.319       d10＝2.20     n5＝1.77250    v5＝49.6

r11＝-21.805     d11＝1.75

r12＝∞          d12＝2.20     n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号       曲率            K             B             C             D             E

4      -6.97903D+00  -1.93134D+01  -6.10087D-03  9.20910D-04  -6.74860D-05  -5.63505D-06〔数值实施例2〕

f＝4.502        fno＝1∶3.9   2ω＝63.8°

r1＝27.269       d1＝0.60      n1＝1.51633    v1＝64.1

r2＝2.647        d2＝3.89

r3＝5.079        d3＝1.70      n2＝1.60970    v2＝57.8

r4＝-5.083       d4＝1.37

r5＝(光阑)       d5＝1.84

r6＝-3.259       d6＝0.60      n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝8.290        d7＝0.16

r8＝54.921       d8＝2.20      n4＝1.80400    v4＝46.6

r9＝-4.127       d9＝0.20

r10＝14.360      d10＝2.20     n6＝1.77250    v5＝49.5

r11＝-13.003     d11＝1.65

r12＝∞          d12＝2.20     n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号       曲率            K             B             C             D             E

4      -5.08333D+00  -7.95730D+00  -4.46688D-03  4.40110D-04  -6.16769D-05  1.42260D-05〔数值实施例3〕

f＝5.501      fno＝1∶3.9   2ω＝54.0°

r1＝13.628     d1＝0.60    n1＝1.51633    v1＝64.1

r2＝2.655      d2＝3.71

r3＝4.907      d3＝1.77    n2＝1.58313    v2＝59.4

r4＝-5.304     d4＝1.50

r5＝(光阑)     d5＝1.73

r6＝-3.304     d6＝0.60    n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝9.127      d7＝0.24

r8＝96.618     d8＝2.20    n4＝1.80400    v4＝46.6

r9＝-4.948     d9＝0.20

r10＝11.761    d10＝2.20   n5＝1.77250    v5＝49.6

r11＝-13.971   d11＝2.27

r12＝∞        d12＝2.20   n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号        曲率           K              B            C             D            E4        -5.30396D+00  -8.20862D+00  -4.58124D-03  5.16377D-04   -5.40431D-05  3.94434D-06〔数值实施例4〕

f＝6.234      fno＝1∶3.9   2ω＝48.4°

r1＝8.425      d1＝0.60    n1＝1.60311    v1＝60.6

r2＝3.146      d2＝4.53

r3＝4.120      d3＝1.76    n2＝1.49171    v2＝57.4

r4＝-5.799     d4＝1.26

r5＝(光阑)     d5＝2.03

r6＝-2.441     d6＝0.60    n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝22.473     d7＝0.17

r8＝-21.746    d8＝2.20    n4＝1.77250    v4＝49.6

r9＝-4.065     d9＝0.20

r10＝10.759    d10＝2.20   n5＝1.77250    v5＝49.6

r11＝-16.659   d11＝3.26

r12＝∞        d12＝2.20   n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号        曲率           K              B            C             D            E3        4.11991D+00   -2.88604D-01  -1.03810D-03  -4.74420D-05  -3.32298D-05  9.04682D-07〔数值实施例5〕

 f＝5.000    fno＝1∶3.9   2ω＝58.4°

r1＝11.166    d1＝0.60    n1＝1.51633    v1＝64.1

r2＝2.623     d2＝3.61

r3＝5.638     d3＝1.59    n2＝1.69680    v2＝55.5

r4＝-7.009    d4＝1.35

r5＝(光阑)    d5＝1.77

r6＝-2.852    d6＝0.60    n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝11.229    d7＝0.13

r8＝30.862    d8＝2.20    n4＝1.80400    v4＝46.6

r9＝-4.193    d9＝0.20

r10＝10.534   d10＝2.20   n5＝1.77250    v5＝49.6

r11＝-18.389  d11＝1.88

r12＝∞       d12＝2.20   n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号        曲率           K              B             C             D            E

6       -2.85236D+00  -2.48049D-01  -3.93346D-03  -8.86621D-04  3.94119D-04  4.89602D-06〔数值实施例6〕

 f＝5.501    fno＝1∶3.9   2ω＝54.0°

r1＝6.340     d1＝0.60    n1＝1.51633    v1＝64.1

r2＝2.376     d2＝3.50

r3＝4.977     d3＝1.65    n2＝1.60311    v2＝60.6

r4＝-5.554    d4＝1.17

r5＝(光阑)    d5＝1.78

r6＝-2.451    d6＝0.60    n3＝1.84666    v3＝23.8

r7＝17.391    d7＝0.13

r8＝-822.664  d8＝2.20    n4＝1.80400    v4＝46.6

r9＝-3.983    d9＝0.20

r10＝10.200   d10＝2.20   n5＝1.77250    v5＝49.6

r11＝-20.119  d11＝1.99

r12＝∞       d12＝2.20   n6＝1.51633    v6＝64.1

r13＝∞非球面系数表面编号        曲率           K              B             C             D            E

6       -2.45148D+00  6.61293D-02   -2.40423D-03  5.52617D-04   3.87562D-06  -1.65113D-04

表1

		下限	上限	数值实施例1	数值实施例2	数值实施例3	数值实施例4	数值实施例5	数值实施例6
										条件式(1)	DB			3.055	3.017	3.233	3.293	3.121	2.946
f			5.000	4.502	5.501	6.234	5.000	5.501
									DB/f		0.5	0.8	0.611	0.670	0.588	0.528	0.624	0.536
条件式(2)	nd2		1.7	1.89680	1.60970	1.58313	1.49171	1.69680											1.00311
									条件式(3)	bf			4.196	4.098	4.725	5.706	4.335	4.439
f			5.000	4.502	5.501	8.234	5.000	5.501
										d4/f	0.8	1.0	0.839	0.910	0.859	0.915	0.867	0.307
条件式(4)	DA			4.499	3.593	3.707	4.527	3.608											3.499
									f			5.000	4.502	5.501	6.234	5.000	5.501
	DA/f	0.6	1.0	0.900	0.865	0.674	0.726	0.722										0.636
									条件式(5)	fA			4.852	4.476	5.046	5.446	5.363		5.353
fB			8.320	7.714	9.470	10.074	7.630	7.680
										fA/fB	0.45	0.7	0.583	0.580	0.533	0.541	0.698	0.698
条件式(6)	f4			5.329	4.855	5.911	6.138	4.724											4.724
									f5			8.720	9.154	8.586	8.769	8.967	8.967
	f5/f4	1.4	2.0	1.635	1.885	1.452	1.429	1.898										1.898

Claims (6)

1.一种透镜系统，其特征在于：

从前方到后方顺序地具备

负光焦度的第1透镜，该第1透镜是把凸面朝向前方的半月形状；

正光焦度的第2透镜，该第2透镜是两面凸形状；

孔径光阑；

负光焦度的第3透镜，该第3透镜是两面凹形状；

正光焦度的第4透镜；

正光焦度的第5透镜，该第5透镜是两面凸形状，

而且该透镜系统满足以下的条件

    0.5＜DB/f＜0.8

    nd2＜1.7

    0.8＜bf/f＜1.0

式中，DB是上述第2透镜与第3透镜的间隔，nd2是构成上述第2透镜的材料的折射率，bf是反焦距，f是整个系统的焦点距离。

2.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：

还满足以下的条件

  0.6＜DA/f＜1.0

  0.45＜fA/fB＜0.7

  1.4＜f5/f4＜2.0

式中，DA是上述第1透镜与第2透镜的间隔，fA是从上述第1透镜到第2透镜的合成焦点距离，fB是从上述第3透镜到第5透镜的合成焦点距离，f4是上述第4透镜的焦点距离，f5是上述第5透镜的焦点距离。

3.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，

上述第2透镜的至少一个面是非球面。

4.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，

上述第3透镜的至少一个面是非球面。

5.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：

上述透镜系统在固体摄像元件的感光面上形成影像。

6.一种摄像装置，其特征在于：

具备

权利要求1的透镜系统；

感光由该透镜系统形成的影像的固体摄像元件。

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