CN1800901A - 3组变焦透镜 - Google Patents

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Abstract

一种3组变焦透镜，其具有3倍左右的倍率变化比，不管伸缩时的光学系统的全长多小多紧凑，也可以在广视角和高画质下良好地校正各个像差。按照从物体侧开始的顺序，成负，正，正的3组结构，并使得各个透镜组的间隔发生变化来进行倍率变化。第1组(G1)是从物体侧由凸面朝向物体侧的弯月形状负透镜(L1)，凸面朝向物体侧的弯月形状的负透镜(L2)，凸面朝向物体侧的弯月形状的正透镜(L3)而构成。第2组(G2)是从物体侧由以双凸透镜(L4)和双凹透镜(L5)构成的接合透镜，凸面朝向物体侧的弯月形状的透镜(L6)构成。第3组(G3)由正透镜(L7)构成。第1组(G1)，第2组(G2)分别具有至少1面的非球面。

Description

3组变焦透镜
技术领域
本发明涉及具有3倍左右倍率变化比的、广视角的小型3组变焦透镜。
背景技术
过去，作为各种照相机的变焦透镜，广泛采用实现了结构紧凑，并且能够良好校正像差校正的3组变焦透镜。
然而，在近年来正在急速普及的数字照相机和摄像机中，与通常的照相机中所使用的透镜相同的，希望能够实现透镜的小型化，高画质化，以及低畸变化。
另外，在数字照相机和摄像机中，自动变焦已经成为主流，而且还希望实现对焦的高速化。因此，作为变焦透镜的对焦方式，频繁使用的是能够减轻透镜重量，而且透镜接近照相机主体侧的驱动操作容易的，内部对焦式和后部对焦式的方式。在这样的变焦透镜中，从想要谋求透镜小型化，高画质化以及低畸变化的观点出发，与用2组构成的方式相比优选用3组构成。
作为这样的3组变焦透镜已知，采用后部对焦方式，实现了对焦高速化以及小型化的技术方案(例如参考专利文献1)和实现了广角化的技术方案(例如参考专利文献2)。
【专利文献1】特开2003-140041号公报
【专利文献2】特开2003-107348号公报
然而，近年来，除了光学系统的小型化·高性能化之外，对更广的视角的变焦透镜方面的要求也提高了。
这一点，由于上述专利文献1中所记载的变焦透镜，为了谋求小型化所以用2片第1透镜组构成，故广角端的视角只有65度左右，不能给出足够的广角化表现。
另外，在上述专利文献2中所记载的变焦透镜中，虽然广角端的视角为77度左右属于广角，但是由于用5片第2透镜组构成，无法给出足够的小型化表现。
发明内容
本发明是鉴于上述现状而提出的技术方案，目的在于提供一种可能的3组变焦透镜，其具有3倍左右的倍率变化比，不管伸缩时的光学系统的全长多小多紧凑，也可以在广视角和高画质下良好地校正各个像差。
为了实现上述目的，本发明的3组变焦透镜是一种按照从物体侧开始的顺序，配置具有负折射能力的第1透镜组，具有正折射能力的第2透镜组以及具有正折射能力的第3透镜组而成的，通过使上述各个透镜组的间隔发生变化来进行倍率变换的3组变焦透镜，该3组变焦透镜的特征在于：
上述第1透镜组是，按照从物体侧开始的顺序配置，具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第1透镜，具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第2透镜，以及具有正折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第3透镜而成的，
上述第2透镜组是，按照从物体侧开始的顺序配置双凸形状的第4透镜，双凹形状的第5透镜，以及凹面朝向物体侧的弯月形状的第6透镜而成的，同时该第4透镜和该第5透镜是彼此透镜面相接合的接合透镜，
上述第3透镜组由1片正透镜构成，
上述第1透镜组以及上述第2透镜组分别具有至少1面的非球面。
另外，在上述3组变焦透镜中，优选满足下述的公式(1)，
0.8＜|fG1/fG2|＜1.1  …(1)
其中，
fG1：第1透镜组的焦距
fG2：第2透镜组的焦距
而且，在上述3组变焦透镜中，优选满足下述的公式(2)～(6)。
Nd1，2＞1.8  …(2)
Nd3＞1.85    …(3)
γd1，2＞40  …(4)
γd3＜21     …(5)
4＜f3/fw＜5  …(6)
其中，
Nd1，2：第1透镜和第2透镜的在d线的折射率的平均值
γd1，2：第1透镜和第2透镜的在d线的阿贝数的平均值
Nd3：第3透镜的在d线的折射率
γd3：第3透镜的在d线的阿贝数
f3：第3透镜的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
本发明的3组变焦透镜，通过形成上述那样的透镜结构，用7片构成，同时具有3倍左右的倍率变化比，不管伸缩时的光学系统的全长多小多紧凑，也可以在广视角和高画质下良好地校正各个像差。
特别是，通过在第2透镜组中配置接合透镜(第4透镜和第5透镜)，减小了第2透镜组的厚度，能够有助于缩短伸缩时的透镜全长。另外，通过让第2透镜组中的单透镜(第6透镜)为凹面朝向物体侧的弯月形透镜，能够获得良好的远心(telecentric)性。
另外，通过满足上述的各个公式，在维持3倍左右的变焦比的同时，能够对各个像差进行平衡良好的校正。
附图说明
图1是本发明实施例1的3组变焦透镜的透镜结构图。
图2是本发明实施例2的3组变焦透镜的透镜结构图。
图3是对于本发明实施例1的3组变焦透镜，示出各个像差(球面像差，像散，畸变，倍率色差)的像差图。
图4是对于本发明实施例2的3组变焦透镜，示出各个像差(球面像差，像散，畸变，倍率色差)的像差图。
图中，1-摄像面，2-滤光部，3-可变光阑，L1～L7-透镜。
具体实施方式
下面，基于附图所示的具体实施例，对本发明的3组变焦透镜的实施形态进行说明。
图1是本发明的实施例1的3组变焦透镜的透镜结构图，图2是本发明的实施例2的3组变焦透镜的透镜结构图。而且，在图1和图2中，上面表示广角端的透镜结构，下面表示摄远端的透镜结构，在上和下之间，表示在倍率变化时各个透镜组的运动。
『本发明的3组变焦透镜的结构』
本发明的实施例1和实施例2中的3组变焦透镜如图1和图2所示那样，按照从物体侧开始的顺序配置了，具有负折射能力的第1透镜组G1，调节光量的可变光阑3，具有正折射能力的第2透镜组G2，具有正折射能力的第3透镜组G3，以及红外线滤光片等构成的滤光部2。
在该3组变焦透镜中，在从广角端向摄远端进行倍率变化时，使第1透镜组G1相对于第2透镜组G2接近的方式移动的同时，移动第2透镜组G2和第2透镜组G3使其间隔增大，在从无限远朝近距离进行对焦时，使第3透镜组G3向物体侧移动。在这样构成的3组变焦透镜中，从物体侧沿光轴X入射的光束在摄像面1上的成像位置成像。
通过形成这样的透镜组结构，能够缩短在伸缩时第2透镜组G2和第3透镜组G3之间的间隔，能够缩短在伸缩时的透镜全长。
另外，第1透镜组G1是，按照从物体侧开始的顺序配置了具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第1透镜L1，具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第2透镜L2，以及具有正折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第3透镜L3。
另外，第2透镜组G2是，按照从物体侧开始的顺序配置，双凸形状的第4透镜L4，双凹形状的第5透镜L5，以及凹面朝向物体侧的弯月形状的第6透镜L6而成的，且第4透镜L4和第5透镜L5是彼此透镜面接合而成的接合透镜。
另外，第3透镜组G3由1片正透镜(第7透镜L7)构成。
而且，第1透镜组G1以及第2透镜组G2分别具有至少1个面的非球面。
通过让各个透镜组形成这样的透镜结构，能够在谋求广角化的同时，成7片结构且对各个像差进行良好的校正。特别是，通过让构成第2透镜组G2的第4透镜L4和第5透镜L5为彼此透镜面接合的接合透镜，能够减小第2透镜组G2的厚度，并且缩短伸缩时的透镜全长。而且，通过用凹面朝向物体侧的弯月形透镜来作为构成第2透镜组G2的第6透镜L6，能够获得良好的远心性。
『公式』
另外，本发明的实施例1以及实施例2的3组变焦透镜满足下面的公式(1)～(6)。
0.8＜|fG1/fG2|＜1.1  …(1)
Nd1，2＞1.8          …(2)
Nd3＞1.85    …(3)
γd1，2＞40  …(4)
γd3＜21     …(5)
4＜f3/fw＜5  …(6)
但是，
Nd1，2：第1透镜L1和第2透镜L2的在d线的折射率的平均值
γd1，2：第1透镜L1和第2透镜L2的在d线的阿贝数的平均值
Nd3：第3透镜L3的在d线的折射率
γd3：第3透镜L3的在d线的阿贝数
f3：第3透镜L3的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
fG1：第1透镜组G1的焦距
fG2：第2透镜组G2的焦距
公式(1)是关于第1透镜组G1和第2透镜组G2的焦距的比的公式，通过满足该公式(1)，能够在维持3倍左右的变焦比的同时，对各个像差进行平衡良好的校正。
公式(2)～(5)是关于构成第1透镜组G1的各个透镜的折射率和阿贝数的公式，通过满足这些公式，能够对色差进行良好校正。
公式(6)是关于构成第1透镜组G1的弯月形正透镜(第3透镜L3)的折射率的公式，在该公式中，f3/fW的值如果超过上限则畸变像差的校正变得困难，f3/fW的值如果超过下限则在广角端的像面弯曲的校正变得困难。
【实施例1】
下面对实施例1的3组变焦透镜示出具体的数据。
在下述表1的上段中，对于实施例1的3组变焦透镜，示出各个透镜面等的曲率半径R(mm)，各个透镜等的轴上面间隔(各透镜的中心厚度以及各个透镜之间的空气间隔；以下的表4中也一样)D(mm)，各个透镜的在d线的折射率Nd以及阿贝数γd。而且，在表1和下面的表4中，与各个标记所对应的数字是按照从物体侧开始依次增加的。
另外，下述表1的下段中，对于实施例1的3组变焦透镜，示出了广角端以及摄远端中整个系统的焦距f(mm)，F数，视角2ω(度)的值。
另外，在下述表1中面序号的左侧标上了*号的面是非球面，各个非球面用下述非球面式表示。
【数1】
非球面深度
Z = Y 2 / R 2 1 + ( 1 - KA · Y 2 / R 2 ) 1 / 2 + Σ i = 3 16 Ai Y i
Z：非球面深度
Y：高度
R：近轴曲率半径
KA：离心率
【表1】
实施例1
  面序号   曲率半径   面间隔   Nd   νd
  12*3*4567(可变光阑)8910*11*1213141516   29.80079.400711.97796.716112.381920.6923∞8.3428-21.605921.6059-20.1687-13.116219.2776∞∞∞   1.201.581.403.452.80变化 d10.505.090.670.881.80变化 d22.221.501.11   1.834811.803481.922861.804001.922861.517601.487491.51680   42.740.418.946.620.963.570.464.2
f＝6.40～18.29mm  FNO.＝2.9～4.8  视角2ω＝77.2～29.8度
在下述表2中，示出了在广角端、中间位置以及摄远端的，第1透镜组G1和可变光阑3之间的轴上面间隔以及第2透镜组G2和第3透镜组G3之间的轴上面间隔(mm)的值。
表2
  焦点距离(mm)   d1   d2
  广角端中间摄远端   6.409.7218.29   20.7211.513.20   9.1913.2123.55
在下述表3中，示出了关于上述非球面的离心率KA以及3次，4次，5次，6次，7次，8次，9次，10次，11次，12次，13次，14次的各个非球面系数A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10，A11，A12，A13，A14的值(但是，第11面以及第12面中是到第10次的值)。
表3
非球面系数
  面序号   KA   A3   A4   A5   A6
  3   0.018857   1.4628156×10-4   1.1725652×10-6   -2.7510096×10-8   2.0584142×10-8
  4   0.343295   -1.1290997×10-5   1.4159479×10-5   -3.0730927×10-5   1.5023020×10-6
  A7   A8   A9   A10
  3   6.1709821×10-6   6.9912408×10-10   -7.6308044×10-11   -2.7846759×10-12
  4   2.1704052×10-8   -1.5480137×10-9   -1.2388226×10-9   -2.8084509×10-11
  A11   A12   A13   A14
  3   3.0334734×10-14   -5.7004328×10-15   1.1884068×10-14   6.8366280×10-16
  4   -2.1235912×10-12   -4.9691181×10-14   -7.2728043×10-14   -1.1028746×10-15
  面序号 KA A3 A4 A5 A6
  11   0.203591   1.7251536×10-4   -5.3607945×10-4   6.9405163×10-5   7.8276760×10-6
  12   1.219653   2.6545502×10-4   4.2031185×10-4   -2.4978599×10-5   3.5870891×10-5
  A7   A8   A9   A10
  11   7.9178787×10-6   4.0549150×10-9   -1.5915411×10-7   -4.0031367×10-8
  12   9.5800549×10-6   1.2334451×10-9   -23555291×10-7   -7.2762668×10-9
在下述表7中，对于实施例1的3组变焦透镜，示出上述公式(1)～(6)的各个值。
从下述表7中可知，实施例1的3组变焦透镜满足上述公式(1)～(6)的全部。
图3是示出实施例1的3组变焦透镜的各个像差(球面像差，像散，畸变，倍率色差)的像差图。而且，在这些像差图中，球面像差的各个像差曲线表示587.6nm，460.0nm以及615.0nm中的像差，像散的各个像差曲线表示矢形像面和正切像面中的像差，倍率色差的各个像差曲线表示460.0nm以及615.0nm中的像差(图4中也一样)。
从图3中可知，实施例1的3组变焦透镜为实现了对各个像差的良好校正的3组变焦透镜。
『实施例2』
下面，对实施例2的3组变焦透镜示出具体的数据。
而且，实施例2的3组变焦透镜与实施例1的3组变焦透镜不同之处在于在倍率变化时第3透镜组G3也移动的结构。
在下述表2的上段中，对于实施例2的3组变焦透镜，示出了各个透镜面等的曲率半径R(mm)，各个透镜等的轴上面间隔D(mm)，各个透镜的在d线的折射率Nd以及阿贝数γd。
另外，下述表4的下段中，对于实施例2的3组变焦透镜，示出广角端和摄远端中整个系统的焦距f(mm)，F数，视角2ω(度)的值。
另外，在下述表4中面序号的左侧上标上了*号的面表示非球面，各个非球面用上述非球面式来表示。
表4
实施例2
  面序号   曲率半径   面间隔   Nd   νd
  12*3*4567(可变光阑)8910*11*1213141516   29.52689.290812.58396.877112.433921.0432∞8.8351-22.809922.8099-13.8699-9.540521.1457-469.0530∞∞   1.501.681.453.463.30变化 d10.504.940.671.002.10变化 d22.19变化 d31.11   1.834811.803481.922861.804001.922861.517601.487491.51680   42.740.418.946.620.963.570.464.2
f＝6.40～18.29mm  FNO.＝2.9～5.0  视角2ω＝77.0～29.8度
在下述表5中，示出了在广角端、中间位置以及摄远端中的，第1透镜组G1和可变光阑3之间的轴上面间隔，第2透镜组G2和第3透镜组G3之间的轴上面间隔，以及第3透镜组G3和滤光部2的轴上面间隔(mm)的值。
表5
  焦点距离(mm)   d1   d2   d3
  广角端中间摄远端   6.409.7218.29   19.5610.093.20   7.3710.6525.23   3.974.951.50
在下述表6中，示出了上述关于非球面的离心率KA以及3次，4次，5次，6次，7次，8次，9次，10次，11次，12次，13次，14次，15次，16次的各个非球面系数A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10，A11，A12，A13，A14，A15，A16的值(但是，第11面以及第12面中是到第10次的值)。
表6
非球面系数
  面序号   KA   A3   A4   A5   A6
  3   0.1339322   -6.9523667×10-6   3.1585577×10-6   1.6075560×10-6   -2.9698102×10-7
  4   0.2680712   -1.4097588×10-4   6.8988909×10-5   -2.2813278×10-5   1.4461845×10-6
  A7   A8   A9   A10   A11
  3   4.3914816×10-8   6.4334222×10-10   -2.7405864×10-11   -3.1412951×10-14   1.4716479×10-13
  4   2.8702253×10-9   -1.9739497×10-9   -1.4265844×10-8   -2.9893567×10-11   -2.1338395×10-12
  A12   A13   A14   A15   A16
  3   7.4868518×10-15   2.0861276×10-14   1.0080657×10-15   -1.4762122×10-17   1.6438321×10-18
  4   -4.1157696×10-14   -7.2703527×10-14   -7.7127750×10-16   -3.7732750×10-18   8.1256719×10-19
  面序号   KA   A3   A4   A5   A6
  11   0.5464765   1.3816145×10-4   -6.8666164×10-4   31258337×10-5   8.2172324×10-6
  12   1.5573423   9.5976726×10-5   3.9916535×10-4   -1.0681592×10-4   3.5139857×10-5
  A7   A8   A9   A10
  11   8.4793344×10-6   4.8140040×10-2   -1.3067032×10-7   -3.4126437×10-8
  12   9.2888599×10-5   4.4093743×10-8   -2.2195194×10-7   -6.8584761×10-9
在下述表7中，对于实施例2的3组变焦透镜，示出上述公式(1)～(6)的各个值。
从下述表7中可知，实施例2的3组变焦透镜满足上述公式(1)～(6)的全部。
表7
公式
  実施例1   実施例2
  (1)|fG1/fG2|(2)Nd1，2(3)Nd3(4)νd1.2(5)νd3(6)f3/fw   0.9751.819151.9228641.5518.94.437   0.9321.819151.9228641.5518.94.29
图4是对于实施例2的3组变焦透镜示出各个像差(球面像差，像散，畸变，倍率色差)的像差图。
从图4中可知，实施例2的3组变焦透镜为实现了对各个像差的良好校正的3组变焦透镜。

Claims (3)

1、一种3组变焦透镜，按照从物体侧开始的顺序配置具有负折射能力的第1透镜组、具有正折射能力的第2透镜组以及具有正折射能力的第3透镜组而构成，同时通过对所述各个透镜组的间隔进行变化来进行倍率变换，该3组变焦透镜的特征在于：
所述第1透镜组是按照从物体侧开始的顺序配置具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第1透镜、具有负折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第2透镜、以及具有正折射能力且凸面朝向物体侧的弯月形状的第3透镜而构成，
所述第2透镜组是按照从物体侧开始的顺序配置双凸形状的第4透镜、双凹形状的第5透镜、以及凹面朝向物体侧的弯月形状的第6透镜而构成，其中，该第4透镜和该第5透镜是透镜面彼此相接合的接合透镜，
所述第3透镜组由1片正透镜构成，
所述第1透镜组以及所述第2透镜组各自具有至少1面的非球面。
2、如权利要求1所述的3组变焦透镜，其特征在于：满足下面的公式(1)，
0.8＜|fG1/fG2|＜1.1  …(1)
其中，
fG1：第1透镜组的焦距，
fG2：第2透镜组的焦距。
3、如权利要求1或者2所述的3组变焦透镜，其特征在于：满足下述的公式(2)～(6)，
Nd1，2＞1.8      …(2)
Nd3＞1.85       …(3)
γd1，2＞40      …(4)
γd3＜21        …(5)
4＜f3/fw＜5   …(6)
其中，
Nd1，2：第1透镜和第2透镜的在d线的折射率的平均值，
γd1，2：第1透镜和第2透镜的在d线的阿贝数的平均值，
Nd3：第3透镜的在d线的折射率，
γd3：第3透镜的在d线的阿贝数，
f3：第3透镜的焦距，
fw：在广角端的整个系统的焦距。
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