专利名称：变倍透镜以及具有该透镜的照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及变倍透镜，特别涉及在视频摄像机、数字照相机、胶片用照相机等光学机器中使用的变倍透镜。
背景技术：
作为在视频摄像机、数字静态照相机、胶片用照相机等光学机器中使用的透镜系统，以往有从物体侧顺序地由用于进行变倍以及聚焦的、固定的具有正折射能力的第1透镜群，具有负折射能力并在光轴上移动的具有变倍作用的第2透镜群，用于进行变倍以及聚焦的、固定的具有正折射能力的第3透镜群，以及用于校正伴随变倍的像面变动以及聚焦的、在光轴上移动的具有正折射能力的第4透镜群构成的所谓具有正、负、正、正折射能力的透镜群构成的4群变倍透镜。
在特开2000-191940号公开公报(对应US6372036BA)或特开2000-191941号公开公报中，提出了在该变倍型的4群变倍透镜中，用负透镜和正透镜的胶合透镜以及正透镜构成了第1透镜群的小型的变倍透镜。
此外，例如在特开平4-43311号公开公报(对应USP51895587)、特开平5-72472号公开公报(对应USP55723467)、特开平6-130297号公开公报(对应US5396367)、特开平8-304700号公开公报等均提出过该变倍型的4群变倍透镜。
近年来人们越来越要求高性能且同时小型廉价的变倍透镜。
一般地，在变倍透镜中，如果加强各透镜群的折射能力则用于获得规定的变倍比的各透镜群的移动量将变少，可以实现透镜全长的短缩化。
但是，如果单纯地加强各透镜群的折射能力，则与变倍相随的象差变动变大，难以遍及全变倍范围地获得良好的光学性能。
此外，在变倍透镜中，如果采用用第1群以外的透镜群进行聚焦的后聚焦方式则可以小型化透镜系统整体，但相反地，聚焦时的象差变动变大，要得到遍及从无限远物体一直到近距离物体的物体全距离地获得高光学性能将变得极其困难。
发明内容
本发明的目的即为提供小型化透镜系统整体，且尽管构成简易却具有高光学性能的新型的变倍透镜。
为达成上述之目的，本发明的变倍透镜从物体侧(前方)向像方侧(后方)顺序地具有用于进行变倍的不动且具有正光学放大倍数(这里，所谓的光学放大倍数是指焦距的倒数)的第1透镜单元；用于进行变倍的移动且具有负光学放大倍数的第2透镜单元；用于进行变倍的不动且具有正光学放大倍数的第3透镜单元；以及用于进行变倍的移动且具有正光学放大倍数的第4透镜单元。
并且，在本发明的一个形态的变倍透镜中，其特征在于第1透镜单元从物体侧向像方侧顺序地由1片正透镜和1片负透镜构成，第4透镜单元由1片正透镜构成。
在其他形态的变倍透镜中，其特征在于第1透镜单元由1片正透镜和1片负透镜构成，第3透镜单元具有至少1片的负透镜和至少1片的正透镜。并且，第1透镜群所具有的透镜的透镜面全部是球面，并满足下面的条件式。
1.60＜1Gn＜1.841.67＜3Gn＜1.89式中，1Gn是第1透镜单元的正透镜材料的折射率，3Gn是第3透镜单元最靠近物体侧的正透镜材料的折射率。
在另外形态的变倍透镜中，其特征在于第1透镜单元由1片正透镜和1片负透镜构成，第3透镜单元具有双凹的负透镜和邻接物体侧双凸的正透镜。并且满足下面的条件式。
0.12＜4BD/3BD＜0.71式中，3BD是第3透镜单元的光轴上的厚度，4BD是第4透镜单元的光轴上的厚度。
在另外形态的变倍透镜中，其特征在于第1透镜单元由1片正透镜和1片负透镜构成，同时，满足下面的条件式。
0.42＜|f2|/LV＜0.91式中，f2是第2透镜单元的焦距，LV是第1透镜单元和第3透镜单元的间隔。
图1是实施形态1的变倍透镜的透镜断面图；图2是实施形态1的变倍透镜的广角端的象差图；图3是实施形态1的变倍透镜中间变倍位置的象差图；图4是实施形态1的变倍透镜的望远端的象差图；图5是实施形态2的变倍透镜的透镜断面图；图6是实施形态2的变倍透镜的广角端的象差图；图7是实施形态2的变倍透镜中间变倍位置的象差图；图8是实施形态2的变倍透镜的望远端的象差图；图9是实施形态3的变倍透镜的透镜断面图；图10是实施形态3的变倍透镜的广角端的象差图；图11是实施形态3的变倍透镜中间变倍位置的象差图；图12是实施形态3的变倍透镜的望远端的象差图；图13是数字静态照相机的要部的概略图。
具体实施例方式
图1是本发明实施形态1的变倍透镜的要部断面图，图2～图4是实施形态1的变倍透镜的广角端、中间焦距、望远端的象差图。
图5是本发明实施形态2的变倍透镜的要部断面图，图6～图8是实施形态2的变倍透镜的广角端、中间焦距、望远端的象差图。
图9是本发明实施形态3的变倍透镜的要部断面图，图10～图12是实施形态3的变倍透镜的广角端、中间焦距、望远端的象差图。
各透镜断面图中，L1是正折射能力(光学放大倍数)的第1群(第1透镜单元)，L2是负折射能力的第2群(第2透镜单元)，L3是正折射能力的第3群(第3透镜单元)，L4是正折射能力的第4群(第4透镜单元)。SP是开口光阑，配置在第3群L3的前方，变倍时是固定的。P是彩色分解棱镜或平面平板或滤光片等玻璃模块。IP是像面，配置有CCD或CMOS等固体摄像元件或胶片等感光材料。
在象差图中，d、g表示d线以及g线，ΔM、ΔS表示子午像面、弧矢像面，倍率色差由g线表示。
在各透镜断面图的各实施形态中，为了进行从广角端到望远端的变倍，如箭头所示的那样，使该第2群L2向像面侧移动并进行变倍，同时，在物体侧使第4群L4具有一部分凸状的轨迹连续移动并校正该伴随变倍的像面变动。
此外，采用的是在光轴上使第4群L4移动进行聚焦的后聚焦方式。同图给出的第4群L4的实线的曲线4a和虚线的曲线4b分别表示用于校正聚焦在无限远物体和近距离物体时的伴随从广角端到望远端的变倍时的像面变动的移动轨迹。这样，通过使第4群L4呈向物体侧凸状的轨迹，可以谋求第3群L3和第4群L4之间的空间的有效利用，有效地达成透镜全长的短缩化。
在各实施形态中，例如，在望远端进行从无限远物体聚焦到近距离物体时，如同图的直线4c所示的那样，通过反复向前方伸出第4群L4进行。
这里，为了进行变倍以及聚焦而固定第1群L1和第3群L3，可以单纯化镜筒构造，形成耐静压的镜筒构造。
在图1的实施形态中，只用1片正透镜(G1)和1片负透镜(G2)构成透镜直径易于成为大型的第1透镜群L1，实现了透镜全长和透镜直径的小型化。此外，通过从物体侧顺序地形成正透镜(G1)和负透镜(G2)的配置，可以减缓正透镜(G1)和负透镜(G2)的曲率，使制造变得容易。
在图5、图9的实施形态2、3中，通过从物体侧顺序地只用1片负透镜和1片正透镜构成透镜直径易于成为大型的第1透镜群L1，也实现了透镜全长和透镜直径的小型化。
在各实施形态中，第1透镜群最靠近物体侧的透镜面凸面朝向物体侧，该第1透镜群最靠近像侧的透镜面凹面朝向像侧。
这样，通过特定第1透镜群的形状，可以抑制在长焦距端(望远端)正侧方向畸变变大。
在各实施形态中，第2透镜群L2由凸面朝向物体侧的弯月面状的负透镜、两透镜面凹面的负透镜和正透镜的胶合透镜构成。由此，可以良好地校正伴随变倍的象差变动。
在图1、图5的实施形态1、2中，通过将第3透镜群L3采用两透镜面凹面的负透镜和邻接其物体侧配置了两透镜面凸面的正透镜的构成，良好地进行了色差的校正、球差的校正以及慧差的校正。
此外，在两透镜面凹面的负透镜的像面侧配置正透镜，可以更好地进行诸象差的校正。
在图9的实施形态3中，利用两透镜面凸面的正透镜、同样的两透镜面凸面的正透镜以及两透镜面凹面的负透镜构成第3透镜群L3，良好地进行了球差或慧差等诸象差的校正。
在图1的实施形态中，第4透镜群L4由最靠近像侧的透镜面凹面朝向像侧、该第4透镜群L4最靠近物体侧的透镜面凸面朝向物体侧的一个正透镜构成。
在图5、图9的实施形态2、3中，第4透镜群L4由1片正透镜构成。特别地，由两透镜面凸面的1个正透镜构成。由此，可以谋求透镜全长的短缩化。
这里，在实施形态1、2、3中，第4透镜群L4也可以利用由正透镜和负透镜组成的胶合透镜构成。
在各实施形态中，当设1Gn是第1透镜群L1的正透镜材料的折射率，3Gn是第3透镜群L3最靠近物体侧的正透镜材料的折射率，3BD是第3透镜群光轴上的厚度，4BD是第4透镜群光轴上的厚度，f2是第2透镜群的焦距，LV是第1透镜群和第3透镜群的间隔，f3、f4分别是第3、第4透镜群的焦距时，其满足如下的关系式。
1.60＜1Gn＜1.84…(1)1.67＜3Gn＜1.89…(2)0.12＜4BD/3BD＜0.71…(3)0.42＜|f2|/LV＜0.91…(4)0.21＜|f3/f4＜2.34…(5)条件式(1)是关于第1透镜群L1的最靠近物体侧的正透镜材料的折射率关系式。超过上限折射率变高，形不成低色散的材质，色差的校正将变得困难。进而，希望上限最好做成1.81或者更进一步的1.79。低于下限折射率变低，在中间像高处弧矢像面形成不足，高性能化变得困难，进而希望下限最好做成1.67或者更进一步的1.71乃至于1.75。
条件式(2)是关于第3透镜群L3的最靠近物体侧的透镜(正透镜)材料的折射率关系式。超过上限折射率变高，在最长焦距端从中间像高到最大像高像面在超出侧弯曲变大，高性能化将变得困难，低于下限则折射率变低，在中间像高处弧矢像面形成不足，高性能化变得困难，进而希望下限最好做成1.74或者更进一步的1.78乃至于1.82。
条件式(3)是关于第3透镜群L3和第4透镜群L4的透镜群厚度的比的关系式。超过上限则第3透镜群L3变得过薄，同时校正第3透镜群L3的球差以及像面弯曲象差将变得困难，为了用第4透镜群L4校正残存象差，用多片透镜构成第4透镜群L4并不理想。进而希望将上限做到0.57乃至于进一步的0.45最好，如果低于下限则第3透镜群L3变得过厚，透镜全长的小型化将变得困难，希望下限最好做成0.14或者更进一步的0.16。
条件式(4)是关于对应第1透镜群L1和第3透镜群L3的透镜群间隔的第2透镜群L2的焦距比的关系式。如果超过上限则第2透镜群L2的负折射能力变弱，或者间隔LV变小而不能得到足够的变倍比，进而希望最好将上限做到0.83进一步乃至于0.76，如果低于下限则第2透镜群L2的负折射能力变强，或者间隔LV变大，在第2透镜群L2的负折射能力变强时，因制造误差第2透镜群L2倾斜时的片模糊导致的性能劣化变大，高像质化变得困难。如果间隔LV变大则透镜的全长变大，希望最好下限做成0.46或者更进一步的0.51。
条件式(5)是关于对应第3透镜群L3和第4透镜群L4的焦距比的关系式。超过上限则第4透镜群L4的折射能力变得过大，因变倍时移动的第4透镜群L4的偏心引起的性能劣化变大，高性能化将变得困难，进而希望最好将上限做到1.87进一步乃至于1.51，如果低于下限则第4透镜群L4的折射能力变得过弱，变倍时或者聚焦时第4透镜群L4的移动行程变大，透镜全长的小型化将变得困难，希望最好将下限做成0.27或者更进一步的0.35。
下面分别给出对应本发明的实施形态1～3的数值实施例1～3。在数值实施例中，i表示自物体侧的面的顺序，ri表示各面的曲率半径，di表示第i号和第i+1号光学构件的厚度或者空气间隔，ni和vi是对应第i号光学构件的d线的折射率和阿贝数。f是焦距，FNo是F数，ω是半视场角。此外，最靠近像侧的2面是平面平板等玻璃材料。另外，表-1中还给出了上述各条件式之一部分与数值实施例的诸数值的关系。数值实施例1f＝6.45～12.34 FNo＝1∶3.91 2ω＝54.5°～30.1°r1＝15.460 d1＝3.32 n1＝1.77250 v1＝49.6r2＝-89.443 d2＝0.70 n2＝1.84666 v2＝23.9r3＝89.443 d3＝可变r4＝73.028 d4＝0.50 n3＝1.84666 v3＝23.9r5＝5.608 d5＝1.68r6＝-18.288 d6＝0.50 n4＝1.60311 v4＝60.6r7＝5.705 d7＝2.40 n5＝1.84666 v5＝23.9r8＝-57.038 d8＝可变r9＝(光阑) d9＝1.00r10＝5.560 d10＝2.31 n6＝1.83481 v6＝42.7r11＝-13.475d11＝0.21r12＝-6.581 d12＝1.20 n7＝1.84666 v7＝23.9r13＝6.581 d13＝0.45r14＝-49.247d14＝1.45 n8＝1.80400 v8＝46.6r15＝-5.920 d15＝可变r16＝10.774 d16＝1.14 n9＝1.77250 v9＝49.6r17＝35.333 d17＝可变r18＝∞ d18＝2.21 n10＝1.51680v10＝64.2r19＝∞ 数值实施例2f＝6.23～11.84 FNo＝1∶3.91～3.99 2ω＝56.1°～31.3°r1＝16.316 d1＝0.70 n1＝1.84666 v1＝23.9r2＝11.335 d2＝2.77 n2＝1.80400 v2＝46.6r3＝74.097 d3＝可变r4＝23.053 d4＝0.50 n3＝1.83400 v3＝37.2r5＝4.849d5＝2.16r6＝-11.431 d6＝0.50 n4＝1.48749 v4＝70.2r7＝6.428d7＝1.88 n5＝1.84666 v5＝23.9r8＝114.773 d8＝可变r9＝(光阑) d9＝0.70r10＝4.990 d10＝1.91 n6＝1.70154 v6＝41.2r11＝-3.997 d11＝1.87 n7＝1.84666 v7＝23.9r12＝5.633 d12＝0.20r13＝18.477 d13＝1.01 n8＝1.84666 v8＝23.9r14＝-16.287 d14＝可变r15＝25.923 d15＝1.26 n9＝1.88300 v9＝40.8r16＝-15.415 d16＝可变r17＝∞ d17＝2.21 n10＝1.51680 v10＝64.2r18＝∞ 数值实施例3f＝6.27～11.95 FNo＝1∶3.91～3.962ω＝55.8°～31.1°r1＝16.387 d1＝0.70 n1＝1.84666v1＝23.9r2＝11.546 d2＝2.84 n2＝1.80400v2＝46.6r3＝56.143 d3＝可变r4＝36.350 d4＝0.50 n3＝1.84666v3＝23.9r5＝4.652d5＝2.24r6＝-10.299 d6＝0.50 n4＝1.51633v4＝64.1r7＝6.292d7＝2.37 n5＝1.84666v5＝23.9r8＝-37.952 d8＝可变r9＝(光阑) d9＝0.70r10＝6.183 d10＝1.50 n6＝1.88300v6＝40.8r11＝-38.045 d11＝0.31r12＝7.826 d12＝1.49 n7＝1.60562v7＝43.7r13＝-4.029 d13＝1.27 n8＝1.84666v8＝23.9r14＝4.000 d14＝可变r15＝24.927 d15＝1.66 n9＝1.88300v9＝40.8r16＝-10.044 d16＝可变r17＝∞ d17＝2.21 n10＝1.51680 v10＝64.2r18＝∞
表-1
这里，不管在哪一个数值实施例中，在适用于在像面处配置了固体摄像元件的数字摄像机时，均具有对应作为固体的摄像元件象素间隙3微米程度的CCD或者CMOS等固体摄像元件的光学性能。
下面，使用图13说明作为摄像光学系统使用了本发明的变倍透镜的数字静态照相机的实施形态。
图13中，10是照相机本体，11是利用本发明的变倍透镜构成的摄像光学系统，12是内藏于照相机本体的闪光灯，13是外部式取景器，14是快门按钮。摄像光学系统11在没有图示的固体摄像元件(CCD或CMOS等)的摄像像面上形成被摄物体像。固体摄像元件将感光后的像的信息变换成电气信号输出。
这样，通过将本发明的变倍透镜适用于数字静态照相机等光学机器，实现了小型且具有高光学性能的光学机器。
权利要求
1.一种变倍透镜，其特征在于该变倍透镜从物体侧向像方侧顺序地具有具有正的光学放大倍数的第1透镜单元，且为进行变倍而使该第1透镜单元不动且从物体侧向像方侧顺序地由1片正透镜和1片负透镜构成；具有负的光学放大倍数的第2透镜单元，且该第2透镜单元为进行变倍而移动；具有正的光学放大倍数的第3透镜单元，且为进行变倍而使该第3透镜单元不动；具有正的光学放大倍数的第4透镜单元，且为进行变倍而使该第4透镜单元移动并由1片正透镜构成。
2.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于上述第1透镜单元最靠近物体侧的透镜面是将凸面朝向物体侧，上述第1透镜单元最靠近像侧的透镜面是将凹面朝向像侧。
3.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于上述第4透镜单元最靠近物体侧的透镜面是将凸面朝向物体侧，上述第4透镜单元最靠近像侧的透镜面是将凹面朝向像侧。
4.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于满足下面的条件式0.21＜f3/f4＜2.34式中，f3、f4分别为上述第3、第4透镜单元的焦距。
5.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于满足下面的条件式1.60＜1Gn＜1.841.67＜3Gn＜1.89式中，1Gn是上述第1透镜群L1的正透镜材料的折射率，3Gn是上述第3透镜群L3的最靠近物体侧的正透镜材料的折射率。
6.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于上述第3透镜单元具有双凹的负透镜和邻接其物体侧并双凸的正透镜。
7.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于满足下面的条件式0.12＜4BD/3BD＜0.71式中，3BD是上述第3透镜单元的光轴上的厚度，4BD是上述第4透镜单元的光轴上的厚度。
8.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于满足下面的条件式0.42＜|f2|/LV＜0.91式中，f2是上述第2透镜单元的焦距，LV是上述第1透镜单元和第3透镜单元的间隔。
9.根据权利要求1所记述的变倍透镜，其特征在于上述变倍透镜在固体摄像元件上形成像。
10.一种变倍透镜，其特征在于该变倍透镜从物体侧向像方侧顺序地具有具有正的光学放大倍数的第1透镜单元，且为进行变倍而使该第1透镜单元不动并由1片正透镜和1片负透镜构成；具有负的光学放大倍数的第2透镜单元，且该第2透镜单元为进行变倍而移动；具有正的光学放大倍数的第3透镜单元，且为进行变倍而使该第3透镜单元不动并具有至少1片的负透镜和至少1片的正透镜；具有正的光学放大倍数的第4透镜单元，且为进行变倍而使该第4透镜单元移动，这里，具有上述第1透镜群的透镜的透镜面全部是球面，且满足下面的条件式1.60＜1Gn＜1.841.67＜3Gn＜1.89式中，1Gn是上述第1透镜单元的正透镜材料的折射率，3Gn是上述第3透镜单元的最靠近物体侧的正透镜材料的折射率。
11.根据权利要求10所记述的变倍透镜，其特征在于上述变倍透镜在固体摄像元件上形成像。
12.一种变倍透镜，其特征在于该变倍透镜从物体侧向像方侧顺序地具有具有正的光学放大倍数的第1透镜单元，且为进行变倍而使该第1透镜单元不动并由1片正透镜和1片负透镜构成；具有负的光学放大倍数的第2透镜单元，且该第2透镜单元为进行变倍而移动；具有正的光学放大倍数的第3透镜单元，且为进行变倍而使该第3透镜单元不动并具有双凹的负透镜和邻接其物体侧并双凸的正透镜；具有正的光学放大倍数的第4透镜单元，且为进行变倍而使该第4透镜单元移动，在此，满足下面的条件式0.12＜4BD/3BD＜0.71式中，3BD是上述第3透镜单元的光轴上的厚度，4BD是上述第4透镜单元光轴上的厚度。
13.根据权利要求12所记述的变倍透镜，其特征在于上述变倍透镜在固体摄像元件上形成像。
14.一种变倍透镜，其特征在于该变倍透镜从物体侧向像方侧顺序地具有具有正的光学放大倍数的第1透镜单元，且为进行变倍而使该第1透镜单元不动并由1片正透镜和1片负透镜构成；具有负的光学放大倍数的第2透镜单元，且该第2透镜单元为进行变倍而移动；具有正的光学放大倍数的第3透镜单元，且为进行变倍而使该第3透镜单元不动；具有正的光学放大倍数的第4透镜单元，且为进行变倍而使该第4透镜单元移动，在此，满足下面的条件式0.42＜|f2|/LV＜0.91式中，f2是上述第2透镜单元的焦距，LV是上述第1透镜单元和第3透镜单元的间隔。
15.根据权利要求14所记述的变倍透镜，其特征在于上述变倍透镜在固体摄像元件上形成像。
16.一种照相机，其特征在于具有根据权利要求1的变倍透镜；接收并感光由该变倍透镜形成的像的固体摄像元件。
17.一种照相机，其特征在于具有根据权利要求10的变倍透镜；接收并感光由该变倍透镜形成的像的固体摄像元件。
18.一种照相机，其特征在于具有根据权利要求12的变倍透镜；接收并感光由该变倍透镜形成的像的固体摄像元件。
19.一种照相机，其特征在于具有根据权利要求14的变倍透镜；接收并感光由该变倍透镜形成的像的固体摄像元件。
全文摘要
变倍透镜由为进行变倍而不动且具有正的光学放大倍数的第1透镜单元、具有负的光学放大倍数的第2透镜单元、具有正的光学放大倍数的第3透镜单元和具有正的光学放大倍数的第4透镜单元构成，且这些透镜单元从物体侧向像侧顺序地配置。利用这样的简易的构成，可以遍及从无限远物体一直到近距离物体的景物整体距离地获得高光学性能。
文档编号G02B15/163GK1410793SQ02132340
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月24日 优先权日2001年9月28日
发明者星浩二 申请人:佳能株式会社