变焦透镜的制作方法

本发明涉及变焦透镜,尤其涉及高倍率的变焦透镜。

背景技术：

根据希望在以捕获影像为目的的光学设备中使用一个透镜拍摄更广的视野,而以更大的倍率来放大和拍摄目标这两个要求,寻求并开发了具有大变焦比的变焦透镜。例如,在专利文献1和专利文献2中公开了这样的变焦透镜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利申请公开第2010-134108号公报

专利文献2:日本专利申请公开第2009-217122号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

为了改善性能,专利文献1和专利文献2中公开的高倍率变焦透镜大型化,并且透镜个数增加。

本发明是鉴于上述情况而做出的,其目的在于提供性能高且构成简单的变焦透镜。

解决技术问题的手段

本发明中,为了达成上述目的,提供一种变焦透镜,其特征在于,在焦距最短的状态p1下,从物体侧开始依次由:由透镜构成的第1透镜组g1；可以改变f值的第1孔径光阑s1和由透镜构成的第2透镜组g2；可以改变f值的第2孔径光阑s2；以及,由透镜构成的第3透镜组g3构成,通过改变所述第1透镜组g1和所述第2透镜组g2的间隔以及所述第2透镜组g2和所述第3透镜组g3的间隔,焦距从所述最短状态p1经过中间状态p2变为最长状态p3,当焦距从所述最短状态p1到所述中间状态p2时,所述第2孔径光阑s2可变以确定f值,并且,所述第1孔径光阑s1的开径状态为构成所述第2透镜组g2的所述透镜中有效直径最小的透镜的有效直径以上,当焦距从所述中间状态p2到所述最长状态p3时,所述第1孔径光阑s1可变以确定f值,并且,所述第2孔径光阑s2的开径状态为构成所述第2透镜组g2的所述透镜中有效直径最小的透镜的有效直径以上。

本发明中,在变焦透镜内设置两个能够改变f值的孔径光阑,并且根据焦距操作任一个。这样,可以将要校正的光线通过的范围设定为接近光轴的范围。从而透镜直径变小,像差校正也变得容易,并且可以减少透镜片数和透镜组数。

应当注意,没有启用的另一个孔径光阑为大打开的状态,并且不参与f值的改变。特别地,大打开的状态是指开口状态为构成所述第2透镜组的所述透镜中有效直径最小的透镜的有效直径以上。换句话说,大打开的状态是指,最低限度,比通过的开放f值的光束更大的开口状态,优选是如下尺寸以上的开口状态:该尺寸包括到达镜头中心部分以及镜头周边部分的对于成像有效的光束。

换句话说,孔径光阑是可变的以确定f值就是在本发明中限制边缘光线。边缘光线是指通过第一条边的光线,即确定f值的光线。此外,孔径光阑处于大开状态,话句话说就是边缘光线不受限制的状态。

在本发明中,如上所述,设置2个孔径光阑,并且通过焦距使其中任一个工作。这与其中设置1个孔径光阑并且还设置有用作光斑挡块(flarestopper)的光阑的光学系统不同。原因在于用作光斑挡块的光阑是具有恒定尺寸的开口,与焦距无关。

孔径光阑优选为圆形或多边形。

此外,所有具有折射作用的透镜都是可以应用的。例如,存在折射率分布型透镜(grin透镜)和衍射光学元件(doe)。

发明效果

根据本发明,可以提供一种能够以简单的构成实现高性能化的变焦透镜。特别地,在本发明中,通过变焦比为6倍或8倍以上的高倍率变焦透镜获得很大的效果。

例如,当应用于具有拍摄功能的设备,例如摄像机和数码相机等时,可以实现高性能和更低的价格。特别地,当应用于监视摄像机时更有效。

附图说明

图1是根据本发明实施方式1的变焦透镜的构成图。

图2是显示根据本发明实施方式1的变焦透镜的变形例的构成图。

图3是显示根据本发明实施方式1的变焦透镜的数据的图。

图4是根据本发明实施方式1的变焦透镜的各像差图。

图5是根据本发明实施方式2的变焦透镜的构成图。

图6是显示根据本发明实施方式2的变焦透镜的数据的图。

图7是根据本发明实施方式2的变焦透镜的各像差图。

图8是根据本发明实施方式3的变焦透镜的构成图。

图9是显示根据本发明实施方式3的变焦透镜的数据的图。

图10是根据本发明实施方式3的变焦透镜的各像差图。

附图标记的说明

10,20,30变焦透镜

g1第1透镜组

g2第2透镜组

g3第3透镜组

im像面

l11～l14透镜

l21～l25透镜

l31～l39透镜

s1第1孔径光阑

s2第2孔径光阑

z光轴

具体实施方式

在实施本发明时,优选上述第1透镜组g1的折射力为正,所述第2透镜组g2的折射力为负,所述第3透镜组g3的折射力为正。这是用于增加开放f值并且获得良好性能的折射力设置。

应当注意,所述第1透镜组g1、所述第2透镜组和所述第3透镜组g3分别可以进一步拆分为透镜组。此外,在第1透镜组g1和第2透镜组g2之间可以添加透镜或透镜组,在第2透镜组g2和第3透镜组g3之间也可以添加透镜或透镜组,还可以在各自的孔径光阑s1和s2的前后添加透镜。

优选各透镜组由多个透镜构成。这是为了提高性能。

此外,优选固定所述第1透镜组g1。原因在于,第1透镜组g1比另外的透镜组g2和g3更大,因此在改变焦距时使其不可移动,从而简化构成。

当设定所述第1透镜组g1的焦距为fg1,所述第2透镜组g2的焦距为fg2时,优选满足以下条件(1)。

0.13＜|fg2/fg1|＜0.47…(1)

条件(1)是用于同时实现合适的倍率和良好的透镜性能的条件。当超过条件(1)的上限时,很大地产生球面像差,进一步地佩茨瓦尔和变大,像面的平坦性劣化。当低于条件(1)的下限时,变得难以形成高倍率的变焦透镜。更好的是将上限设为0.45,将下限设为0.15。

此外,当设定焦距处于所述最长状态p3时的值为ft,设定焦距处于所述最长状态p3时的根据所述第2孔径光阑s2的开放f值为ft,设定所述第1透镜组g1的最大有效半径为y1时,优选满足以下条件(2)。

ft/(ft·y1)＞1.65…(2)

条件(2)是用于同时实现小型化和良好的透镜性能的条件。当低于条件(2)的下限时,难以小型化,并且很大地产生各个像差。应当注意,将下限设为1.7可以获得更好的结果。

此外,在焦距处于所述中间状态p2的情况下,当将从所述第1孔径光阑s1到所述第2透镜组g2最靠近所述物体侧的一面的距离设定为l1,将从所述第2透镜组g2最远离所述物体侧的面到所述第2孔径光阑s2的距离设定为l2时,优选满足以下条件(3)。

0.2≦|l1/l2|≦5.0…(3)

当使用2个孔径光阑,焦距处于所述中间状态p2时,此条件是用于维系良好像差状态的条件。

一旦超过条件的上限和下限,则各透镜组,特别是第2透镜组g2的透镜构成片数不可取地增加或变大。更好的是将下限设为0.25,将上限设为4.0。

在以下说明的各实施方式中,为了更简单且容易区分,将焦距最短的状态称为广角端,焦距在中间的状态称为中焦、焦距最长的状态称为长焦端。此外,将改变焦距称为变焦。

以下所示各实施方式的透镜在广角端处、光轴z上,从图中未显示的物体侧开始依次设置有第1透镜组g1、具有第1孔径光阑s1的第2透镜组g2、第2孔径光阑s2、以及第3透镜组g3,并且其将物体成像于像面im。

此外,根据本发明的变焦透镜是仅形成一次物体图像的变焦透镜。中途不形成中间图像。

(实施方式1)

参照图1对本发明的实施方式1进行说明。图1是显示本实施方式的变焦透镜10的光学系统的图。

第1透镜组g1由3组4片的结构形成。第1透镜组g1依次由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜l11、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜l12和双凸透镜l13的接合透镜、以及凸面朝向物体侧的正凹凸透镜l14构成。

第2透镜组g2由第1孔径光阑s1和4组5片结构的透镜形成。第2透镜组g2依次由最靠近物面一侧的第1孔径光阑s1、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜l21、双凹透镜l22、双凹透镜l23和双凸透镜l24的接合透镜、以及双凸透镜l25构成。

第3透镜组g3由5组8片的结构形成。第3透镜组g3依次由双凸透镜l31、双凹透镜l32和双凸透镜l33的接合透镜、双凹透镜l34和双凸透镜l35的接合透镜、双凸透镜l36、以及双凸透镜l37和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜l38的接合透镜构成。

第2孔径光阑s2在广角端p1的状态下设置于第2透镜组g2和第3透镜组g3之间。

变焦时,第1透镜组g1不移动而处于固定位置。

第2透镜组g2在从广角端p1变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。第2透镜组g2在通过中焦p2变焦为长焦端p3时,穿过第2孔径光阑s2。此时,第2孔径光阑s2处于非常大打开的状态。应当注意,第2透镜组g2在第1透镜组g1侧具有波纹管结构,通过延伸该波纹管可以穿过第2孔径光阑s2。

本实施方式中,在变焦时,第2孔径光阑s2不移动而处于固定位置。

第3透镜组在从广角端p1变焦为中焦p2时,以逐渐接近物面的方式移动,并且在从中焦p2变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。

第1孔径光阑s1在从广角端p1变焦为中焦p2时处于大打开的开口状态,例如直径为25以上,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时是可变的以确定f值。

第2孔径光阑s2在从广角端p1变焦为中焦p2时是可变的,从而确定f值,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时处于非常大打开的开口状态,例如直径为50以上。

在中焦p2,第1孔径光阑s1和第2孔径光阑s2的尺寸都是使开放f值6.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。应当注意,也可以是第1孔径光阑s1或第2孔径光阑s2中的任一个具有使开放f值6.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。

应当注意,作为本实施方式的変形例,可以构成为如图2所示,当从中焦p2变焦为长焦端p3时,第2孔径光阑s2可以在光轴z方向上移动,并且与第2透镜组g2一起在第3透镜组g3的方向上移动。此时,第2孔径光阑s2为大打开的开口状态,例如直径为25以上。

图3显示本实施方式的数据。图3中,折射率nd是d线(波长587.6nm)处的折射率,阿贝数νd也是d线(波长587.6nm)处的阿贝数。以下所示的实施方式2中的图6以及实施方式3中的图9的折射率和阿贝数也是同样的。

此外,以下示出本实施方式的变焦数据。

广角端～中焦～长焦端

d1间隔2～93.394～138.348

d21间隔92.394～1～*

d22间隔43.226～22.6～*

d3间隔117.242～137.177～19.102

焦距18.561～114.953～998.742(ft)

视场角16°～2°～0.25°

开放f值f4.6～f6.1～f18.2(ft)

(*:第1透镜组g1最终面～第1孔径光阑s1间隔为96.19)

像高4.3

此外,以下示出本实施方式的条件对应值。

fg1＝174.70、fg2＝-38.10、y1＝27.50

|fg2/fg1|＝0.2181

ft/(ft·y1)＝1.995

|l1/l2|＝1.50

图3是显示本实施方式的各像差的图。(a)显示广角端p1处的像差,(b)显示中焦p2处的像差,(c)显示长焦端p3处的像差。在球面像差图中,实线显示d线(波长587.6nm)的球面像差,单点划线显示c线(波长656.3nm)的球面像差,双点划线显示f线(波长486.1nm)的球面像差。像散性像差图中,s显示弧矢像面,m显示子午像面。畸变像差图以百分比表示。倍率色像差图与球面像差图同样地,单点划线显示c线,双点划线显示f线。应当注意,以下显示实施方式2中的各像差的图7和显示实施方式3中的各像差的图10也是同样的。

从图3可知,本实施方式的变焦透镜具有良好的性能。

可以通过使第3透镜组g3的一部分在光轴z方向上移动来进行焦点调节(对焦)。此外,通过使光学系统的一部分在与光轴z方向垂直的方向上移动可以增加防抖功能。这些对于以下的实施方式2和3也是同样的。

(实施方式2)

参照图5对本发明的实施方式2进行说明。图5是显示本实施方式的变焦透镜20的光学系统的图。

第1透镜组g1由2组3片的结构形成。第1透镜组g1依次由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜l11和双凸透镜l12的接合透镜、以及凸面朝向物体侧的凹凸透镜l13构成。

第2透镜组g2由第1孔径光阑s1和3组5片结构的透镜形成。第2透镜组g2依次由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜l21、第1孔径光阑s1、双凹透镜l22、以及双凸透镜l23和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜l24和凹面朝向物体侧的正凹凸透镜l25的3片接合透镜构成。

第3透镜组g3由5组9片的结构形成。第3透镜组g3依次由双凸透镜l31和双凹透镜l32的接合透镜、双凸透镜l33、双凹透镜l34和双凸透镜l35的接合透镜、双凸透镜l36、以及凸面朝向物面的负凹凸透镜l37和双凸透镜l38和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜l39的3片接合透镜构成。

第2孔径光阑s2设置于第2透镜组和第3透镜组之间,并且在金属镜体结构中与第3透镜组一起。

变焦时,第1透镜组g1不移动而处于固定位置。

第2透镜组g2在从广角端p1变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。

第3透镜组g3在从广角端p1变焦为中焦p2时,以逐渐接近物面的方式移动,并且在从中焦p2变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。

第1孔径光阑s1在从广角端p1变焦为中焦p2时处于大打开的开口状态,例如直径为14以上,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时是可变的以确定f值。

第2孔径光阑s2在从广角端p1变焦为中焦p2时是可变的,从而确定f值,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时处于大打开的开口状态,例如直径为16以上。

在中焦p2,第1孔径光阑s1和第2孔径光阑s2都具有使开放f值4.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。应当注意,也可以是第1孔径光阑s1或第2孔径光阑s2中的任一个具有使开放f值4.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。

图6显示本实施方式的数据。此外,以下示出本实施方式的变焦数据。

广角端～中焦～长焦端

d1间隔1.3～43.648～66.284

d2间隔58.809～6.783～25.998

d3间隔50.06～59.756～17.905

焦距10.2～46.4～317.8(ft)

视场角20°～4.5°～0.7°

开放f值f2.5～f4.6～f9.9(ft)

像高3.5

此外,以下示出本实施方式的条件对应值。

fg1＝86.11、fg2＝-19.17、y1＝16.00

|fg2/fg1|＝0.2226

ft/(ft·y1)＝2.006

|l1/l2|＝0.479

图7是显示本实施方式的各像差的图。从图7可知,本实施方式的变焦透镜具有良好的性能。

(实施方式3)

参照图8对本发明的实施方式3进行说明。图8是显示本实施方式的变焦透镜30的光学系统的图。

第1透镜组g1由3组4片的结构形成。第1透镜组g1依次由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜l11、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜l12和双凸透镜l13的接合透镜、以及凸面朝向物体侧的正凹凸透镜l14构成。

第2透镜组g2由第1孔径光阑s1和4组4片结构的透镜形成。第2透镜组g2依次由最靠近物面侧的第1孔径光阑、双凹透镜l21、双凹透镜l22、双凹透镜l23、以及双凸透镜l24构成。

第3透镜组g3由5组8片的结构形成。第3透镜组g3依次由凹面朝向物体侧的正凹凸透镜l31、双凹透镜l32和双凸透镜l33的接合透镜、凹面朝向物体侧的正凹凸透镜l34和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜l35的接合透镜、双凸透镜l36、以及双凸透镜l37和凹面朝向物体侧的负凹凸透镜l38的接合透镜构成。

第2孔径光阑s2设置在第2透镜组g2和第3透镜组g3之间,并且在金属镜体结构中与第3透镜组g3一起。

变焦时,第1透镜组g1不移动而处于固定位置。

第2透镜组g2在从广角端p1变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。

第3透镜组g3在从广角端p1变焦为中焦p2时,以逐渐接近物面的方式移动,并且在从中焦p2变焦为长焦端p3时,以逐渐远离物面的方式移动。

第1孔径光阑s1在从广角端p1变焦为中焦p2时处于大打开的开口状态,例如直径为28以上,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时是可变的以确定f值。

第2孔径光阑s2在从广角端p1变焦为中焦p2时是可变的,从而确定f值,并且在经过中焦p2后变焦为长焦端p3时处于大打开的开口状态,例如直径为24以上。

在中焦p2,第1孔径光阑s1和第2孔径光阑s2都具有使开放f值5.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。应当注意,也可以是第1孔径光阑s1或第2孔径光阑s2中的任一个具有使开放f值5.1的光束刚好通过的孔径的尺寸。

图9显示本实施方式的数据。此外,以下示出本实施方式的变焦数据。

广角端～中焦位置～长焦端

d1间隔1.5～75.788～144.189

d2间隔96.601～1.194～47.988

d3间隔114.781～135.166～19.189

焦距18.637～73.994～998.565(ft)

视场角16°～3.5°～0.25°

开放f值f4.7～f5.1～f18.2(ft)

像高4.3

此外,以下示出本实施方式的条件对应值。

fg1＝185.20、fg2＝-37.01、y1＝27.50

|fg2/fg1|＝0.1998

ft/(ft·y1)＝1.995

|l1/l2|＝1.68

图10是显示本实施方式的各像差的图。从图10可知,本实施方式的变焦透镜具有良好的性能。