专利名称：透镜系统及具有该系统的摄像机的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于摄像机、数字照相机以及采用胶卷的照相机等的透镜系统。
背景技术：
近年来已开发了种种具有固体摄像元件的摄像机与数字像机。
摄像机与数字照像机中，多数是通过从摄影透镜后端(最后的透镜表面)至照像元件之间设置有低通滤光片与滤色片等各种玻璃材料来构成的。
因此，摄像机与数字照像机用的摄影透镜，与焦距相比，需要采用长的后焦点。
作为后焦点长的透镜类型，从过去即知有所谓负聚焦型透镜。特公昭46-24194号公报中提出的由5个透镜组成的负聚焦型透镜按从物体侧起始的顺序包括凸面朝向物体侧的弯月形负折射率的第一透镜、双凸透镜的第二透镜、双凹透镜的第三透镜、正折射率的第四透镜、双凸透镜的第五透镜。在此公报的数值实施例中，公开了后焦距约为焦距1.3倍的透镜系统。
近年来，由于固体摄像元件的高图像化的进程，摄影透镜的光学性能的要求也越高。作为兼具高的成像性能和长的后焦距的透镜系统中从物体一侧开始的顺序包括负、正、负、正、正五片透镜构成的负聚焦型透镜，例如已在下述各专利公报中提出特开昭63-81414号、特开平3-63613号、特开平10-213742号、特开平10-293246号、特开2001-100091号。
在此，当从物体侧开始按负、正、负、正、正五片透镜组成透镜系统时，当第一透镜与第二透镜的间隔变窄就难以获得充分的后焦点，若勉强延伸后焦点则不仅会增大第一透镜的屈光度(焦距的倒数)导致像差校正困难，还会加大相对于第一透镜的平行与倾斜偏心性能恶化的敏感度。相反，若加大第一透镜与第二透镜的间隔，则会发生第一透镜的外径需加大，后焦距过长，致透镜整体大型化的问题。特开昭63-81414号公报与特开平10-293246号公报提出的负聚焦型透镜中，第一透镜与第二透镜的间隔较狭，这虽有利于透镜系统的小型化，但难以校正像差。
若减小第二透镜与第三透镜的间隔变窄，则第二透镜与第三透镜之间便难以设置光阑。
相反，若加大第二透镜与第三透镜的间隔，则透镜系统整体的透镜直径大型化，轴外光束通过的高度相对变高，结果难以校正轴外像差。
特开平10-213742号公报与特开2001-100091号公报等提出的负聚焦型透镜中，在第二透镜与第三透镜之间虽保持着能设置光阑的间隔，但此间隔并不足以设置机械式的快门装置。
另外，摄像机与数字照相机用的摄影透镜如前所述在一定程度上虽有必要将后焦距加长，但超过所需长度的后焦点使摄影透镜的总长加长并不好。
特开平3-63613号公报提出的负聚焦型透镜中，后焦距长达焦距的1.2倍，存在着加大摄影透镜总长的倾向。
另外，在由负、正、负、正、正5片透镜构成的负聚焦型透镜中，用非球面可进一步提高性能，如特开平9-166748号公报的提案。
特开平9-166748号公报中通过使置于最靠近像侧的第五透镜的一面为非球面，能良好地校正各种像差。此时的第五透镜的材料的折射率较高，为1.6935。
一般而论，折射率越高的玻璃其玻璃材料自身的成本也越高，而且非球面的加工也越难。
发明内容
本发明将提供与上述各先有例子不同的新构成的透镜系统。具体地说，其目的在于提供具有充分长的后焦距，小型且具有高光学性能的透镜系统。
为了达到上述目的，本发明的透镜系统按照从前方(若为像机，即物体侧)到后方(若为像机，即像侧)的顺序，包括以凸面朝向物体侧的弯月形的负的屈光度的第一透镜、双凸透镜的正的屈光度的第二透镜、双凹透镜形状的负折射率的第三透镜、正折射率的第四透镜、双凸透镜形状的正折射率的第五透镜。
特别是在第一实施形式中，设第一透镜与第二透镜的间隔为D1，2，第二透镜与第三透镜的间隔为D2，3，当全系统的后焦距为bf而全系统的焦距为f时，其特征是满足以下三个条件中的至少一个0.6＜D1，2/f＜1.00.55＜D2，3/f＜0.850.9＜bf/f＜1.1在另一实施形式中，于第二透镜和第三透镜之间设有孔径光阑，同时设第四透镜的在像侧一面的曲率半径为r9，而第五透镜的在物侧与像侧各面的曲率半径分别为r10、r11时，其特征是满足下述条件-0.75＜r9/r10＜-0.5-1.7＜(r10-r11)/(r10+r11)＜-0.9
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的透镜系统的像差图。
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的透镜系统的像差图。
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的透镜系统的像差图。
图7是数字静物照相机的概图。
具体实施例方式
下面详细介绍最佳实施例。
图1、3与5是相当于本发明的透镜系统实施形式1-3的数值实施例1-3的透镜剖面图。
图2、4与6是相当于本发明的透镜系统实施形式1-3的数值实施例1-3的各个像差图。
在此，于透镜剖面图中，以左方为物体侧(前方)，以右方为像面侧(后方)。
透镜系统LG按从物体侧到像差的顺序具有以凸面朝向物体侧的弯月形负折射率的第一透镜L1、双凸透镜的正折射率的第二透镜L2、孔径光阑SP、双凹透镜的负折射率的第三透镜L3，以凸面朝向像面侧的弯月状的且为双凸透镜组成的正折射率的第四透镜L4、双凸透镜的正折射率的第五透镜L5。G为相当于光学滤色片或面板等的玻璃器件，IP为像面，配置有CCD或CMOS等固体摄像元件。
下面为简单起见，记“第i透镜Li”为“第i透镜”。
在各实施形式中，设第一透镜与第二透镜的间隔为D1，2，第二透镜与第三透镜的间隔为D2，3，后焦距为bf，整个系统的焦距为f，第四透镜像侧的透镜表面的曲率半径为r9，第五透镜的物体侧与像侧的各透镜表面的曲率半径分别为r10、r11，第五透镜的材料的折射率为nd5时，应满足以下条件0.6＜D1，2/f＜1.0 (1)0.55＜D2，3/f＜0.85 (2)0.9＜bf/f＜1.1 (3)nd5＜1.65 (4)-0.75＜r9/r10＜-0.5 (5)-1.7＜(r10-r11)/(r10+r11)＜-0.9(6)下面说明各条件式的技术意义。
式(1)是第一透镜与第二透镜的间隔(透镜表面间隔)同全系统焦距之比的条件式，当超出下限值，间隔变窄时就难以获得充分的后焦距，而当硬性延长后焦距时，则不仅第一透镜的屈光度增大而难以校正像差，而且会加大相对于第一透镜的平行与倾斜偏心的光学性能恶化的灵敏度。
相反，当超过上限值，间隔增宽时，第一透镜的有效外径增大且后焦距也将变得过长，导致透镜整体大型化的不良结果。
式(2)是第二透镜与第三透镜的间隔同全系统焦距之比的条件式，当超出下限值，间隔将变窄时就难以在其间设置光阑，不能充分延长出射光瞳的位置。
相反，当超过上限值，间隔增宽时，透镜整体的透镜的有效直径增大，轴外光束的通过高度相对地变高，结果难以校正轴外像差。
式(3)是后焦距与全系统的焦距之比的条件式，超出上限值时后焦距变长而透镜的全长将过长，整个系统便大型化。另外，第1透镜的屈光度变强，畸变像差的校正变得困难。相反，超出下限值时后焦距将变短，难以设置低通滤色片或滤色片。
式(4)是第五透镜材料的折射率的条件式，是用使制造成本低廉，制作容易的低折射玻璃材料，特别是可良好地校正像面弯曲的条件式。
式(5)是有关第四透镜与第五透镜之间的空气透镜的条件式，超过下限值时球面像差与彗形像差都不能充分地校正，而当超过上限值时，像面弯曲又会有校正过大的不良结果。
式(6)是第五透镜的透镜形状条件式，与式(5)相同，超过下限值后球面像差与慧形像差都不能充分地校正，故不可取，而当超过上限值时，像面弯曲与畸变像差则会有校正过大的不良结果。
最好是将上述各条件式的数值范围作如下的设定0.65＜D1，2/f＜0.95 (1a)0.6＜D2，3/f＜0.82(2a)0.92＜bf/f＜1.1(3a)nd5＜1.63 (4a)-0.7＜r9/r10＜-0.55(5a)-1.6＜(r10-r11)/(r10+r11)＜-0.95 (6a)在以上各实施形式中，第五透镜具有1个以上的非球面。特别是在第五透镜的像侧，相对于参考球面设置了曲率半径小的形状的非球面。
由此，对于整个画面可以获得良好的光学性能。
再有，通过将光阑设于第二透镜与第三透镜之间，获得适用于采用固体摄像元件的数字照相机等学光装置中出射光瞳距离长的透镜系统。
下面以图7说明将本发明的透镜系统用作摄影光学系统的数字照相机(光学装置)的实施形式。
图7中，10为照相机主体，11为由本发明的透镜系统构成的摄影光学系统，12为用于观察被摄物体像的取景器。摄影光学系统11在未图示的固体摄像元件的摄像面上形成物像。固体摄像元件将图像信号变换为电信号。
13为闪光仪，14为测定窗，15为了解照相机操作的液晶显示窗，16为释放按钮，17为能变换各种模式的操作开关。
下面示明对应于实施形式1-3的数值实施例。在各数值实施例中，i表示从物体侧开始的顺序，ri为第i个光学面(第i面)的曲率半径，di为第i面与第(i+1)面之间的间隔，ni与vi分别表示第i个光学部件的材料相对于d线的折射率与阿贝数。最靠近像侧的两个平面是构成玻璃器件G的表面。f为焦距，fno为F数，ω表示半视场角。再设K为离心率，B、C、D、E为非球面系数，于距光轴的高度为h的位置处的一面顶点为基准时光轴方向的位移为x，则非球面形状可以表示为X＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Bh4+ch6+Dh8+Eh10式中的r为曲率半径。而例如在“D-z”的表示意味着10-z。与各数值实施例中上述条件式的对应关系如表1所示。
f＝5.150fno＝1∶2.82ω＝57°r1＝31.112 d1＝0.70 n1＝1.60311 v1＝60.6r2＝3.435 d2＝3.60r3＝6.261 d3＝1.60 n2＝1.80400 v2＝46.6r4＝-10.791 d4＝1.38r5＝(孔径光阑) d5＝1.82r6＝-2.970 d6＝0.70 n3＝1.84666 v3＝23.9r7＝30.380 d7＝0.11r8＝-866.466d8＝2.10 n4＝1.77250 v4＝49.6r9＝-4.314 d9＝0.20r10＝6.536 d10＝2.50 n5＝1.58313 v5＝59.4*r11＝-34.312 d11＝2.37r12＝∞ d12＝2.50 n6＝1.51633 v6＝64.1r13＝∞非球面系数表面序号rK B11-3.43123D+01 -5.47801D+02-3.07806D-04CD E2.79551D-04 -2.65951D-05 1.19330D-06
f＝5.150 fno＝1∶2.8 2ω＝57°r1＝10.056 d1＝0.70 n1＝1.77250v1＝49.6r2＝3.607 d2＝4.63r3＝7.226 d3＝1.60 n2＝1.77250v2＝49.6r4＝-10.376d4＝1.47r5＝(孔径光阑) d5＝1.92r6＝-3.473 d6＝0.70 n3＝1.84666v3＝23.9r7＝13.127 d7＝0.14r8＝49.048 d8＝2.10 n4＝1.77250v4＝49.6r9＝-4.326 d9＝0.20r10＝6.639 d10＝2.50 n5＝1.62299v5＝58.1*r11＝-705.127 d11＝2.24r12＝∞d12＝2.50 n6＝1.51633v6＝64.1r13＝∞非球面系数表面序号r K B11-7.05127D+02-6.59164D+066.31006D-04C D E6.54520D-06 2.02951D-07 -1.97660D-08f＝5.100 fno＝1∶2.8 2ω＝57°r1＝43.064d1＝0.60n1＝1.60311v1＝60.6r2＝4.156 d2＝3.90r3＝10.475d3＝1.60n2＝1.80400v2＝46.6r4＝-10.553 d4＝1.87r5＝(孔径光阑)d5＝2.16r6＝-3.957d6＝0.70n3＝1.84666v3＝23.9r7＝27.657d7＝0.12r8＝-736.502 d8＝2.00n4＝1.77250v4＝49.6r9＝-4.385d9＝0.20r10＝7.236d10＝2.40 n5＝1.58313v5＝59.4*r11＝-37.379 d11＝2.89r12＝∞ d12＝2.50 n6＝1.51633v6＝64.1r13＝∞非球面系数表面序号r KB11-3.73790D+01-1.00682D+03-8.05530D-04C DE2.41849D-04-2.17739D-05 9.73580D-07
表1
权利要求
1.一种透镜系统，它按照从前方到后方的顺序具有以下配制负的屈光度的第一透镜，该第一透镜是以凸面朝向物体侧的弯月形状，正的屈光度的第二透镜，该第二透镜是双凸形状，负的折射率的第三透镜，该第三透镜是双凹形状，正的折射率的第四透镜，正的折射率的第五透镜，该第五透镜是双凸形状，在此，设该第一透镜与该第二透镜的间隔为D1，2，该第二透镜与该第三透镜的间隔为D2，3，全系统的后焦点为bf，全系统的焦点距离为f时，满足下列三个条件中的至少一个0.6＜D1，2/f＜1.00.55＜D2，3/f＜0.850.9＜bf/f＜1.1
2.权利要求1所述的透镜系统，其中设所述第四透镜的在像侧这面的曲率半径为r9，而所述第五透镜的在物侧与像侧各面的曲率半径分别为r10、r11时，则满足下述条件-0.75＜r9/r10＜-0.5-1.7＜(r10-r11)/(r10+r11)＜-0.9
3.权利要求1所述的透镜系统，其中所述第五透镜为非球面透镜。
4.权利要求1所述的透镜系统，其中设所述第五透镜的材料的折射率为nd5时，则满足条件nd5＜1.65。
5.权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜系统于固体摄像元件上成像。
6.一种透镜系统，它按照从前方到后方的顺序具有以下配制负的屈光度的第一透镜，该第一透镜是以凸面朝向物体侧的弯月形状，正的屈光度的第二透镜，该第二透镜是双凸形状，孔径光阑，负的折射率的第三透镜，该第三透镜是双凹形状，正在的折射率的第四透镜，正的折射率的第四透镜，该第五透镜是双凸形状，在此，设该第四透镜的像侧的一面的曲率半径为r9，所述第五透镜的物体侧与像侧的面的曲率半径分别为r10、r11时，满足条件-0.75＜r9/r10＜-0.5-1.7＜(r10-r11)/(r10+r11)＜-0.9
7.权利要求6所述的透镜系统，其中所述第五透镜为非球面透镜。
8.权利要求6所述的透镜系统，其中设上述第五透镜的材料的折射率为nd5时，则满足条件nd5＜1.65。
9.权利要求6所述的透镜系统，其中上述透镜系统于固体摄像元件上成像。
10.一种摄像机，它具有权利要求1的透镜系统、对该透镜系统形成的像受光的固体摄像元件。
11.一种摄像机，它具有权利要求6的透镜系统、对该透镜系统形成的像受光的固体摄像元件。
全文摘要
本发明的透镜系统按照从前方到后方的顺序，配置包括以凸面朝向物体面的弯月形的负的屈光度的第一透镜、双凸透镜的正的屈光度的第二透镜、双凹透镜的负折射率的第三透镜、正折射率的第四透镜、双凸透镜的正折射率的第五透镜。在此设第一透镜与第二透镜的间隔为D
文档编号G02B13/04GK1403844SQ02127870
公开日2003年3月19日 申请日期2002年8月13日 优先权日2001年8月24日
发明者关田诚 申请人:佳能株式会社